Атмосфера – газовая оболочка Земли, массой около 5,9∙1015 т, что составляет лишь миллионную часть массы Земли.
На протяжении истории Земли соотношение газов, входящих в состав атмосферы, изменялось. Есть предположение, что первичная атмосфера состояла из метана и аммиака. Примерно 4 млрд лет назад начал формироваться кислород, а первое место по объему занимал углекислый газ. Затем количество кислорода увеличивалось, а углекислого газа уменьшалось.
Основными компонентами нижних слоев современной атмосферы являются: азот – 78,0 %, кислород – 21,0 %, аргон – 0,93 %, углекислый газ – (0,035–0,037) %, пары воды, пыль.
Различают несколько основных слоев атмосферы, располагающихся на различных высотах от Земли в зависимости от их температуры.
Тропосфера – самый близкий к поверхности Земли слой. Высота в средних широтах составляет 10–12 км над уровнем моря, над экватором – 16–18 км, на полюсах – 7–10 км. Температура уменьшается на 6 °С на 1 км высоты. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы. Здесь происходит формирование климата.
Стратосфера простирается до высот 50–60 км от поверхности океана или суши. Воздух более разрежен. Температура до 30 км постоянна, а потом повышается на 12 °С на 1 км. В стратосфере сконцентрирована основная часть озона, который поглощает ультрафиолетовые лучи.
Мезосфера простирается до высот 80–85 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом 2,5 °С на 1 км.
Термосфера (80–800 км) – сфера разреженного ионизированного газа, в ней текут мощные электрические токи, возникают полярные сияния. Температура на высоте 500–600 км составляет +1600 °С.
Экзосфера распространяется до высот около 2000 км. Эта часть атмосферы сильно разрежена. Сфера характеризуется огромными скоростями движения газа, вследствие чего газы рассеиваются в межпланетное пространство.
Тропосферу и стратосферу можно условно считать геосистемами атмосферы. От их состояния зависят деятельность человека, климат и сама жизнь на Земле.
Загрязнением атмосферы называют изменение ее состава и качества, привнесение в атмосферу или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных, биологических факторов, или превышение естественного среднего уровня содержания данных факторов в среде, приводящее к негативным последствиям.
Обычно говоря о загрязнении, имеют в виду загрязнения, вызванные деятельностью человека, но загрязнение возникает иногда и вследствие естественных причин. Ярким примером может служить деятельность вулканов, когда в атмосферу поступают тысячи тонн различных веществ. Виды антропогенного загрязнения многообразны: химическое загрязнение газами и аэрозолями, радиоактивное, световое, шумовое, электромагнитное, тепловое, механическое, биологическое загрязнение.
Главными источниками загрязнения атмосферы являются транспорт, нефтегазовая и горная промышленность, теплоэнергетика, предприятия стройиндустрии и др. Атмосферу загрязняют выхлопные газы боевой техники, дымы военных кораблей, заводов и пожарищ, вызванных бомбардировками городов, танкеров, нефтехранилищ и нефтепроводов. В блокадном Ленинграде, в пик массовой смертности, город не успевал готовить траншеи для могил. Трупы сжигали в заводских печах. С 1 июля 1942 до 1 января 1943 года было кремировано 109 925 трупов. А впереди был еще целый год голодной блокады.
Ядерные взрывы выводят из равновесия все геосферы. Мощность ядерного взрыва во время учений на Тоцком полигоне в 1954 году превышала мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму, примерно в два раза. Накопленное во всем мире ядерное оружие способно несколько раз разрушить Землю.
Главный загрязнитель современных городов – автомобильный транспорт. На его долю приходится до 80–90 % от всех выбросов вредных веществ. Отдельно взятые вещества менее опасны, чем их смеси. Химические реакции, протекающие в воздухе, приводят к возникновению опасных смогов.
Антропогенное загрязнение атмосферы достигло огромных масштабов: изменяется климат, разрушается озоновый слой, повышается кислотность окружающей среды. Нужны немалые средства, чтоб решить эти глобальные экологические проблемы. Человечество подошло к черте, за которой стоит бездна с непредсказуемыми последствиями.
Гидросфера – водная оболочка Земли. Она включает воды Мирового океана, внутренних морей, озер, рек, водохранилищ, ледников, почвенную влагу и подземные воды.
Океаническая вода составляет более 90 % массы гидросферы и занимает свыше 70 % всей земной поверхности. Распределение водных ресурсов между компонентами гидросферы показано в таблице 1.
Таблица 1 – Распределение водных ресурсов
| Компонент гидросферы | Объем воды, тыс. км3 |
| Мировой океан | 1 370 000 |
| Подземные воды | 60 000 |
| Полярные ледники | 24 000 |
| Озера, реки | 281,2 |
| Почвенная влага | |
| Пары атмосферы |
В пресной воде содержится до 1 г солей на 1 кг воды, в солоноватых водах – до 25 г/кг и в соленых – свыше 25 г/кг.
Солеными являются около 97 % водных ресурсов планеты. Из 3 %, приходящихся на долю пресных вод, человек может использовать лишь 0,003 %, так как пресные воды содержатся в айсбергах, полярных льдах либо залегают на большой глубине.
Вода занимает особое место в развитии нашей планеты. Она входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. В воде обитает очень много живых организмов. Вода непрерывно и повсеместно производит колоссальную геологическую работу. Климат и погода на Земле определяется наличием водных пространств и содержанием водяного пара в атмосфере. Чрезвычайно большое значение имеет вода в хозяйственной деятельности человека.
К числу важнейших проблем современности относится антропогенное воздействие на гидросферу, загрязнение и истощение водных ресурсов.
Быстрый рост населения и бурное развитие техники привели к чрезмерному потреблению воды сельским хозяйством, промышленностью, энергетикой и т. д.
Особую опасность представляет загрязнение компонентов гидросферы нефтью и нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами, тяжелыми металлами, маслами и др.
Не менее опасно тепловое загрязнение в результате сброса отработанных вод тепловых и атомных станций, захоронение радиоактивных отходов, ядерных испытаний.
На дне морей и океанов лежат тысячи затонувших судов.
Серьезной причиной загрязнения вод остаются войны.
Загрязняющие вещества могут попадать в воду из неисправных канализационных сетей, скотных дворов, животноводческих ферм, разного рода выгребных ям, ливневых стоков.
Поэтому важнейшей глобальной проблемой современности является проблема чистой воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, 80 % всех заболеваний – результат употребления экологически грязной воды; ежегодно от передающихся через воду болезней на Земле умирает около 5 млн человек.
Рациональное использование и охрана вод осуществляется путем проведения различных законодательных, организационных и технических мероприятий. Особо большое значение имеет уменьшение объема водопотребления и соблюдение норм, очистка сточных вод, улучшение качества воды.
Литосфера – наружная твердая каменная оболочка Земли толщиной до 200 км. Жизнь и деятельность человека связаны главным образом с литосферой, являющейся источником минеральных ресурсов, средой для строительства зданий, сооружений, искусственных водоемов и т. д. Верхнюю часть литосферы составляет почва, которая является одной из самых необходимых предпосылок обеспечения жизни на Земле. Живые организмы в литосфере имеются на глубине до 3–4 км.
Структура, состав и поверхностный рельеф литосферы постоянно изменяются под воздействием природных геоморфологических процессов. Ежегодно в мире происходят сотни извержений вулканов, которые сопровождаются землетрясениями, образованием трещин, оползней, обвалов и т. п. Земля продолжает пополнять свой запас за счет метеоритов и космической пыли, которых на Землю ежедневно падает около 10–20 тонн. Согласно новой глобальной тектонике, несколько жестких гигантских плит литосферы перемещается на поверхности размягченной астеносферы. Непрерывно меняется химический состав недр; так, уран и торий в процессе естественного распада превращаются в свинец и гелий. Перераспределение минерального вещества на поверхности Земли связано с естественными процессами водной и ветровой эрозии. Природные процессы, воздействующие на геосистемы литосферы, представляют и сегодня потенциальную опасность для планеты и населения.
Антропогенная деятельность, охватывающая около 60 % площади Земли на глубину свыше 10 км, усиливает многие естественные процессы и явления. Антропогенное воздействие на литосферу проявляется в изъятии из оборота плодородных земель при добыче полезных ископаемых, при строительстве водохранилищ, подземных и наземных сооружений. Литосфера загрязняется отвалами горных пород, разливами нефтепродуктов, сточными водами, промышленными и бытовыми отходами, противогололедными смесями и пр. Очень опасное загрязнение литосферы связано с авариями на АЭС, испытанием ядерного оружия, захоронением радиоактивных отходов, военными действиями. Антропогенное воздействие на литосферу проявляется и в создании искусственного рельефа, нарушении теплового равновесия недр. В населенных пунктах формируется новый – антропогенный – тип грунтов мощностью до нескольких десятков метров, который называют «культурным слоем». Этот «слой» содержит остатки деятельности человека: древние сооружения, строительный и хозяйственный мусор, золу, погребения умерших людей и животных и т. д.
«Культурный слой» современных городов формируется за счет булыжных и асфальтовых покрытий, битого кирпича, камня и стекла, строительного мусора, предметов домашнего обихода и т. п. Составной частью «культурного слоя» являются останки массовых захоронений людей – жертв пандемий, мировых и локальных войн, политических репрессий. Воздействие хозяйственной деятельности по своим масштабам сравнимо с геологическими факторами.
В связи с этим неизмеримо возросло значение мероприятий по охране литосферы и ее рациональному использованию. Основной путь охраны литосферы – это совершенствование законодательных мероприятий; улучшение качества почв, совершенствование способов добычи, транспортировки, переработки полезных ископаемых, уменьшение и утилизация отходов, разработка новых технологий и др.