Masalah asal usul air dan pembentukan hidrosfer, meski agak tinggi tingkat modern pengembangan geosains, masih paling tidak berkembang. Ada banyak hipotesis tentang asal usul air dan perkembangan hidrosfer, tetapi tidak satu pun dari mereka yang melampaui tahap hipotesis kerja, akumulasi, sistematisasi awal, dan generalisasi material.

Semua hipotesis dapat digabungkan secara kondisional menjadi dua kelompok besar:

1) asal telurik;

2) asal kosmik air.

Hipotesis yang paling meyakinkan kelompok pertama, yang menurutnya litosfer, atmosfer, dan hidrosfer terbentuk dalam satu proses, sebagai akibat dari peleburan dan pelepasan gas zat mantel. Menurut A.P. Vinogradov, pada saat pembentukan Bumi dari awan protoplanet, semua elemen atmosfer dan hidrosfer di masa depan berada dalam bentuk terikat dalam komposisi. padatan: air - dalam hidroksida, nitrogen - dalam nitrit dan nitrat, oksigen - dalam oksida logam, karbon - dalam grafit, karbida dan karbonat. Setelah mencapai kira-kira massa modern, Bumi mulai memanas sebagai akibat dari kompresi gravitasi bagian dalamnya dan karena peluruhan isotop radioaktif, dan peleburan serta diferensiasi materi menjadi zat yang mudah menguap, meleleh rendah, dan tahan api dimulai pada mantel. Zat tahan api tetap berada di perut bumi, zat dengan leleh rendah dalam bentuk basal membentuk kerak bumi. Zat yang mudah menguap - uap air dari gas vulkanik, senyawa karbon, belerang, amonia, asam halogen, hidrogen, argon, dan beberapa gas lainnya - naik ke permukaan dan membentuk atmosfer dan hidrosfer. Selain itu, hampir semua uap air terkondensasi (suhu di atas permukaan bumi tidak melebihi +15 °C), berubah menjadi air cair, dan membentuk "praeoceans". Komponen lain dari gas vulkanik juga masuk ke lautan primer, larut dalam air - sebagian besar karbon dioksida, asam, senyawa belerang, dan sebagian amonia. Asam, terutama dalam air, bereaksi dengan batuan silikat, mengekstraksi alkali, alkali tanah, dan elemen lainnya darinya. Akibatnya, air tidak lagi bersifat asam, dan garam terlarut dari unsur-unsur yang diekstraksi dari silikat masuk ke laut, sehingga air di dalamnya langsung menjadi asin. Lautan primer mungkin dangkal, tetapi menutupi hampir seluruh Bumi. Dengan bertambahnya massa hidrosfer, volume samudra juga bertambah, dan garis besarnya berubah, yang dikaitkan dengan pembentukan kerak benua dan samudra. Air (segar) menguap dari permukaan lautan, yang kembali dalam bentuk hujan ke permukaan bumi, membentuk perairan darat. Perairan samudra, daratan, dan atmosfer membentuk satu cangkang bumi - hidrosfer. Ini menentukan salah satu ciri spesifik Bumi, yang membedakannya dari planet lain di tata surya - keberadaan hidrosfer yang konstan di atasnya.

2.2 Sumber daya air di planet ini

Konsep "hidrosfer" terus berubah. Saat ini hidrosfer Merupakan kebiasaan untuk menyebut cangkang air Bumi, termasuk semua air yang tidak terikat, terlepas dari keadaannya: cair, padat, gas.

Intinya hidrosfer diambil pada tingkat permukaan mantel (permukaan Mohorovicic), dan bagian atas melewati lapisan atas atmosfer. Hidrosfer meliputi Samudra Dunia, perairan darat (sungai, danau, rawa, gletser), kelembapan atmosfer, serta air tanah yang terjadi di mana-mana di benua, di dasar cekungan danau dan laut, serta di bawah ketebalan es abadi.

Jadi, sebagai bagian dari cangkang geografis, hidrosfer menutupi seluruh kompleks cangkang bumi. Hidrosfer bersifat kontinu, karena litho- dan atmosfer bersifat kontinu, dan merupakan satu kesatuan. Kesatuannya terletak pada asal usul yang sama dari semua perairan alami dari mantel bumi, dalam kesatuan evolusinya, keterkaitan semua jenis perairan dan kemampuan untuk mentransfer satu jenis air ke jenis lainnya, dalam kesatuan fungsinya di alam. (pertukaran zat dan energi).

Cadangan air dunia di Bumi sangat besar. Total volume hidrosfer menurut data terbaru (tabel 2.1) adalah sekitar 1390 juta km 3. Jika semua perairan hidrosfer tersebar merata di permukaan bumi, lapisannya akan memiliki ketebalan sekitar 2,5 km.

Diasumsikan bahwa jumlah air ini praktis tidak berubah selama waktu geologis, meskipun terus berlanjut

Tabel 2.1 - Cadangan air dunia

Bagian dari hidrosfer	Area distribusi, juta km 2	Volume air, ribuan km 3	Lapisan air, m	Bagikan cadangan dunia, %
Dari total pasokan air	Dari air tawar
Lautan Dunia	361,26	1340,74		96,49	–
Air tanah (gravitasi dan kapiler)	134,73	23,40		1,68	–
Sebagian besar air tanah segar	134,73	10,53		0,76	29,39
kelembaban tanah	82,00	0,02	0,24	0,001	0,06
Gletser dan lapisan salju permanen Termasuk:	16,23	24,87		1,79	69,41
Di Antartika	13,98	22,41		1,61	62,55
Di Greenland	1,80	2,34		0,17	6,53
Pada pulau Arktik(Kepulauan Arktik Kanada, bumi baru, Daratan utara, Daratan Franz Josef, Svalbard, pulau-pulau kecil)	0,23	0,08		0,006	0,22
DI DALAM daerah pegunungan di luar Arktik dan Antartika	0,22	0,04		0,003	0,11
Es tanah di zona permafrost	21,00	0,30		0,022	0,84
Cadangan air di danau Termasuk:	2,06	0,18		0,013	–
Segar	1,24	0,09		0,0065	0,25
dalam asin	0,82	0,09		0,0065	–
perairan rawa	2,68	0,01	3,73	0,0007	0,03
Perairan di dasar sungai	148,84	0,002	0,013	0,0001	0,006
air biologis(air yang terkandung dalam organisme hidup dan tanaman)	510,10	0,001	0,002	0,0001	0,003
Air di atmosfer	510,10	0,01	0,02	0,0007	0,03
Pasokan air total	510,10	1389,53			–
air tawar	148,84	35,83		2,58

Catatan. Perhitungan cadangan air tanah dilakukan sesuai dengan benua terpisah tidak termasuk cadangan air tanah di Antartika, untuk sementara diperkirakan 2 juta km 3, termasuk sebagian besar air tawar - sekitar 1 juta. km 3.

Gambar 2.1 - Sumber daya air Bumi (· 10 6 km 3), menurut

masuknya air dari mantel dan dari Kosmos (inti es komet, materi meteorik, debu...) dan kehilangannya akibat dekomposisi air melalui fotosintesis dan disipasi gas ringan di Kosmos. Namun, rasio spesies individu yang tercantum dalam Tabel 2.1 tidak dapat dianggap konstan dan benar-benar akurat. Itu berubah dalam berbagai periode kehidupan Bumi. Data yang tersedia dalam literatur tentang rasio bagian hidrosfer agak berbeda (Gambar 2.1).

Di era modern, cadangan air utama terkonsentrasi di Samudra Dunia (96,5%). Air tawar di hidrosfer hanya 2,58% dari total cadangan air. Sebagian besar air tawar terkandung di gletser dan tutupan salju Antartika, Arktik, dan negara pegunungan (1,78% volume hidrosfer atau 69,3% cadangan air tawar di Bumi). Jika semua es tersebar merata di permukaan dunia, dia akan menutupinya dengan lapisan 53 m, dan jika massa es ini meleleh, maka tingkat esnya merata di seluruh permukaan dunia, dia akan menutupinya dengan lapisan 53 m, dan jika ini massa es mencair, maka permukaan laut akan naik 64 m.Gletser menempati tempat spesial dalam siklus air di Bumi, karena mereka mempertahankan kelembapan dalam keadaan padat selama bertahun-tahun. Rata-rata, kepingan salju yang jatuh di gletser berdiam di sana selama lebih dari 8.000 tahun sebelum berubah kembali menjadi air dan jatuh ke sirkulasi aktif air.

Cadangan air yang sangat besar terakumulasi di litosfer. Porsi air tanah segar dalam total pasokan air tawar di Bumi adalah 29,4%. Sungai menyumbang 0,006%, danau segar - 0,25%, air yang terkandung di atmosfer - 0,03% total air tawar. Porsi air tawar yang cocok untuk persediaan air mencapai 4,2 juta km 3, atau hanya 0,3% dari volume hidrosfer.

Fakta yang menarik adalah penyimpanan air tawar permukaan terbesar adalah Danau Baikal, yang berisi 1/5 dari total cadangan air tawar permukaan dunia. Ini dapat didukung oleh contoh lain. Jika kita berasumsi bahwa cadangan air akan ditarik dari danau, maka pengisian volume danau yang dikosongkan dengan semua sungai yang masuk hanya akan terjadi dalam 250-300 tahun, asalkan air dari danau tidak dihabiskan untuk limpasan dan penguapan.

Sifat air yang paling penting

Air - salah satu senyawa paling menakjubkan di Bumi - telah lama memukau para peneliti dengan keanehan dari banyak sifat fisiknya:

1) Tidak habis-habisnya sebagai substansi dan sumber daya alam; jika semua sumber daya lain di bumi dihancurkan atau dihamburkan, maka air, seolah-olah, keluar darinya, mengambil berbagai bentuk atau keadaan: selain cair, padat dan gas. Ini adalah satu-satunya substansi dan sumber daya dari jenis ini. Properti ini memastikan keberadaan air di mana-mana, menembus seluruh selubung geografis Bumi dan melakukan berbagai pekerjaan di dalamnya.

2) Pemuaian yang melekat hanya padanya selama pemadatan (pembekuan) dan penurunan volume selama pencairan (transisi ke keadaan cair).

3) Kepadatan Maksimum pada suhu +4 °C dan terkait dengan ini sangat properti penting untuk proses alami dan biologis, misalnya, pengecualian pembekuan badan air yang dalam. Biasanya kepadatan maksimum tubuh fisik diamati pada titik beku. Kepadatan maksimum air suling diamati dalam kondisi abnormal - pada suhu 3,98-4 ° C (atau dibulatkan +4 ° C), yaitu pada suhu di atas titik pemadatan (pembekuan). Ketika suhu air menyimpang dari 4 °C di kedua arah, kerapatan air berkurang.

4) Saat mencair (melting), es mengapung di permukaan air (tidak seperti cairan lainnya).

5) Perubahan anomali dalam kerapatan air memerlukan perubahan anomali yang sama dalam volume air ketika dipanaskan: dengan peningkatan suhu dari 0 hingga 4 ° C, volume air yang dipanaskan berkurang dan hanya dengan peningkatan lebih lanjut barulah dimulai meningkatkan. Jika, dengan penurunan suhu dan selama transisi dari cairan ke keadaan padat, kerapatan dan volume air berubah dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada sebagian besar zat, maka ketika musim dingin mendekat, lapisan permukaan alam air akan mendingin hingga 0 ° C dan tenggelam ke dasar, membebaskan ruang lapisan yang lebih hangat, dan ini akan berlanjut sampai seluruh massa reservoir mencapai suhu 0 ° C. Selanjutnya, air akan mulai membeku, gumpalan es yang dihasilkan akan tenggelam ke dasar, dan waduk akan membeku hingga kedalamannya. Pada saat yang sama, banyak bentuk kehidupan di air menjadi tidak mungkin. Tetapi karena air mencapai kerapatan tertingginya pada suhu 4 °C, pergerakan lapisannya yang disebabkan oleh pendinginan berakhir ketika suhu ini tercapai. Dengan penurunan suhu lebih lanjut, lapisan yang didinginkan, yang memiliki kerapatan lebih rendah, tetap berada di permukaan, membeku, dan dengan demikian melindungi lapisan di bawahnya dari pendinginan dan pembekuan lebih lanjut.

6) Peralihan air dari satu keadaan ke keadaan lain disertai dengan biaya (penguapan, peleburan) atau pelepasan (kondensasi, pembekuan) dari jumlah panas yang sesuai. Dibutuhkan 677 kal untuk mencairkan 1 g es, dan 80 kal lebih sedikit untuk menguapkan 1 g air. Panas laten pencairan es yang tinggi memastikan pencairan salju dan es yang lambat.

7) Kemampuan untuk relatif mudah berubah menjadi gas (menguap) tidak hanya pada suhu positif, tetapi juga pada suhu negatif. Dalam kasus terakhir, penguapan terjadi melewati fase cair- dari padat (es, salju) langsung menjadi uap. Fenomena ini disebut sublimasi.

8) Jika kita membandingkan titik didih dan titik beku hidrida, dibentuk oleh unsur-unsur kelompok keenam dari tabel periodik (selenium H 2 Se, telurium H 2 Te) dan air (H 2 O), kemudian, dengan analogi dengan mereka, titik didih air harus sekitar 60 ° C, dan titik beku harus berada di bawah 100 ° C. Tapi di sini juga muncul sifat anomali air - pada tekanan normal 1 atm. Air mendidih pada suhu +100°C dan membeku pada suhu 0°C.

9) Yang sangat penting dalam kehidupan alam adalah kenyataan bahwa air memiliki kapasitas panas yang sangat tinggi, 3.000 kali lebih besar dari udara. Ini berarti bahwa ketika 1 m 3 air didinginkan oleh 1 0 C, 3000 m 3 udara dipanaskan dengan jumlah yang sama. Oleh karena itu, dengan mengakumulasi panas, Lautan memiliki efek pelunakan pada iklim wilayah pesisir.

10) Air menyerap panas selama penguapan dan pencairan, melepaskannya selama kondensasi dari uap dan pembekuan.

11) Kemampuan air untuk media yang tersebar, misalnya, di tanah berpori halus atau struktur biologis, menjadi terikat atau terdispersi. Dalam kasus ini, sifat air (mobilitas, kerapatan, titik beku, tegangan permukaan, dan parameter lainnya), yang sangat penting untuk proses dalam sistem alam dan biologis, sangat berubah.

12) Air adalah pelarut universal, oleh karena itu, tidak hanya di alam, tetapi juga dalam kondisi laboratorium, idealnya tidak ada air murni karena mampu melarutkan wadah apa pun yang tertutup. Ada asumsi bahwa tegangan permukaan idealnya air murni akan sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk meluncur di atasnya. Kemampuan air untuk larut memastikan transfer zat ke dalam amplop geografis, mendasari pertukaran zat antara organisme dan lingkungan, di jantung nutrisi.

13) Dari semua cairan (kecuali merkuri), air memiliki tekanan permukaan dan tegangan permukaan tertinggi: \u003d 75 10 -7 J / cm 2 (gliserin - 65, amonia - 42, dan sisanya - di bawah 30 10 -7 J / cm2). Oleh karena itu, setetes air cenderung berbentuk bola, dan ketika bersentuhan dengan benda padat, sebagian besar permukaannya akan basah. Itulah sebabnya ia dapat mengangkat kapiler batuan dan tanaman, menyediakan pembentukan tanah dan nutrisi tanaman.

14) Air memiliki tinggi stabilitas termal. Uap air mulai terurai menjadi hidrogen dan oksigen hanya pada suhu di atas 1000 °C.

15) Air murni secara kimia adalah penghantar listrik yang sangat buruk. Karena kompresibilitas yang rendah, gelombang suara dan ultrasonik merambat dengan baik di dalam air.

16) Sifat-sifat air sangat berubah di bawah pengaruh tekanan dan suhu. Jadi, dengan meningkatnya tekanan, titik didih air naik, dan sebaliknya, titik beku menurun. Saat suhu naik, tegangan permukaan, densitas dan viskositas air menurun dan konduktivitas listrik dan kecepatan suara dalam air meningkat.

Sifat anomali air jika digabungkan, menunjukkan ketahanannya yang sangat tinggi terhadap paparan faktor eksternal, disebabkan oleh adanya gaya tambahan antar molekul yang disebut ikatan hidrogen. Inti dari ikatan hidrogen adalah bahwa ion hidrogen yang terikat pada beberapa ion dari unsur lain dapat secara elektrostatis menarik ion dari unsur yang sama dari molekul lain. Molekul air memiliki struktur sudut: inti penyusunnya terbentuk segitiga sama kaki, di dasarnya ada dua proton, dan di atas - inti atom oksigen (Gambar 2.2).

Gambar 2.2 - Struktur molekul air

Dari 10 elektron (5 pasang) yang ada dalam molekul, satu pasang (elektron internal) terletak di dekat inti oksigen, dan dari 4 pasang elektron yang tersisa (eksternal), satu pasang disosialisasikan antara masing-masing proton dan oksigen. nukleus, sementara 2 pasang tetap tidak terdefinisi dan diarahkan ke simpul berlawanan dari tetrahedron dari proton. Jadi, dalam molekul air ada 4 kutub muatan yang terletak di simpul tetrahedron: 2 negatif, diciptakan oleh kelebihan kerapatan elektron di lokasi pasangan elektron yang tidak digunakan bersama, dan 2 positif, diciptakan oleh kekurangannya di lokasi proton.

Akibatnya, molekul air berubah menjadi dipol listrik. Kutub positif dari satu molekul air menarik kutub negatif dari molekul air lainnya. Hasilnya adalah agregat (atau asosiasi molekul) dari dua, tiga atau lebih molekul (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 - Pembentukan molekul terkait oleh dipol air:

1 - monohidrol H 2 O; 2 - dihidrol (H 2 O) 2; 3 - trihidrol (H 2 O) 3

Oleh karena itu, molekul tunggal, ganda, dan tiga kali lipat secara bersamaan hadir dalam air. Konten mereka bervariasi dengan suhu. Es terutama mengandung trihidrol, yang volumenya lebih besar dari monohidrol dan dihidrol. Dengan kenaikan suhu, kecepatan pergerakan molekul meningkat, gaya tarik-menarik antar molekul melemah, dan dalam keadaan cair, air merupakan campuran tri-, di- dan monohydrol. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, molekul trihydrol dan dihydrol terurai; pada suhu 100 ° C, air terdiri dari monohydrol (uap).

Keberadaan yang tidak terbagi pasangan elektron menentukan kemungkinan pembentukan dua ikatan hidrogen. Dua ikatan lagi muncul karena dua atom hidrogen. Akibatnya, setiap molekul air mampu membentuk empat ikatan hidrogen (Gambar 2.4).

Gambar 2.4 - Ikatan hidrogen dalam molekul air:

- penunjukan ikatan hidrogen

Karena adanya ikatan hidrogen dalam air, tingkat keteraturan yang tinggi dicatat dalam susunan molekulnya, yang membawanya lebih dekat ke benda padat, dan banyak rongga muncul dalam struktur, membuatnya sangat longgar. Struktur es termasuk struktur yang paling tidak padat. Terdapat rongga di dalamnya yang dimensinya agak melebihi dimensi molekul H 2 O. Saat es mencair, strukturnya hancur. Tetapi bahkan dalam air cair, ikatan hidrogen antar molekul dipertahankan: asosiasi muncul - embrio dari formasi kristal. Dalam pengertian ini, air seolah-olah berada dalam posisi tengah antara keadaan kristal dan cair dan lebih mirip dengan padatan daripada dengan fluida ideal. Namun, tidak seperti es, setiap asosiasi ada untuk waktu yang sangat lama. waktu singkat: terus-menerus ada penghancuran beberapa dan pembentukan agregat lainnya. Dalam rongga agregat "es" semacam itu, molekul air tunggal dapat ditempatkan, sedangkan pengepakan molekul air menjadi lebih padat. Itu sebabnya ketika es mencair, volume yang ditempati air berkurang, kerapatannya meningkat. Pada suhu +4 °C, air memiliki kemasan terpadat.

Saat air dipanaskan, sebagian panas dihabiskan untuk memutus ikatan hidrogen. Ini menjelaskan tingginya kapasitas panas air. Ikatan hidrogen antara molekul air benar-benar hancur ketika air berubah menjadi uap.

Kompleksitas struktur air tidak hanya disebabkan oleh sifat molekulnya, tetapi juga karena keberadaan isotop oksigen dan hidrogen, air mengandung molekul dengan berat molekul berbeda (dari 18 hingga 22). Yang paling umum adalah molekul "biasa" dengan berat molekul 18. Kandungan molekul dengan berat molekul besar kecil. Jadi, "air berat" (berat molekul 20) kurang dari 0,02% dari semua cadangan air. Itu tidak ditemukan di atmosfer, dalam satu ton air sungai beratnya tidak lebih dari 150 g, laut -160-170 g Namun, keberadaannya memberikan kerapatan yang lebih besar pada air "biasa", yang memengaruhi sifat-sifat lainnya.

Properti Luar Biasa air memungkinkan munculnya dan perkembangan kehidupan di Bumi. Berkat mereka, air dapat memainkan peran yang sangat diperlukan dalam semua proses yang terjadi di amplop geografis.

Perkenalan

Dalam tulisan ini, topik "Hydrosphere dan atmosfer bumi" dipertimbangkan.

Cangkang cair Bumi, yang menutupi 70,8% permukaannya, disebut hidrosfer. Lautan adalah reservoir utama air. Mereka mengandung 97% cadangan air dunia. Arus di lautan membawa panas dari daerah khatulistiwa ke daerah kutub dan dengan demikian mengatur iklim bumi sampai batas tertentu. Jadi, Gulf Stream, mulai dari pantai Meksiko dan mengalir perairan hangat ke pantai Svalbard, mengarah pada fakta bahwa suhu rata-rata Eropa barat laut jauh di atas suhu timur laut Kanada.

Menurut konsep modern, keberadaan perairan besar di Bumi memainkan peran yang menentukan dalam kemunculan kehidupan di planet kita. Sebagian air di Bumi, dengan volume total sekitar 24 juta km 3, berada dalam keadaan padat berupa es dan salju. Es menutupi sekitar 3% permukaan bumi. Jika air ini berubah menjadi cair, maka permukaan lautan dunia akan naik 62 meter. Setiap tahun, sekitar 14% permukaan bumi tertutup salju. Salju dan es memantulkan 45 hingga 95% energi sinar matahari, yang pada akhirnya menyebabkan pendinginan yang signifikan di sebagian besar permukaan bumi. Telah dihitung bahwa jika seluruh Bumi tertutup salju, maka suhu rata-rata di permukaannya akan turun dari +15 C saat ini menjadi 88 C.

Suhu rata-rata permukaan bumi adalah 40 C lebih tinggi dari suhu yang seharusnya dimiliki Bumi, yang disinari oleh sinar matahari. Ini sekali lagi dihubungkan dengan air, lebih tepatnya, dengan uap air. Faktanya adalah itu sinar matahari, dipantulkan dari permukaan Bumi, diserap oleh uap air dan dipantulkan kembali ke Bumi. Ini disebut efek rumah kaca.

Cangkang udara Bumi, atmosfer, telah dipelajari dengan cukup detail. Kepadatan atmosfer di dekat permukaan bumi adalah 1,22 10 -3 g/cm 3 . Jika kita berbicara tentang komposisi kimia atmosfer, maka komponen utamanya adalah nitrogen; persentase beratnya adalah 75,53%. Oksigen di atmosfer bumi adalah 23,14%, dari gas lain yang paling representatif adalah argon - 1,28%, karbon dioksida di atmosfer hanya 0,045%. Komposisi atmosfer ini dipertahankan hingga ketinggian 100-150 km. Pada dataran tinggi nitrogen dan oksigen berada dalam keadaan atom. Dari ketinggian 800 km, helium mendominasi, dan dari 1600 km, hidrogen, yang membentuk geokorona hidrogen yang memanjang hingga jarak beberapa jari-jari Bumi.

Atmosfer melindungi semua yang hidup di Bumi dari efek berbahaya radiasi ultraviolet dari Matahari dan sinar kosmik - partikel berenergi tinggi yang bergerak ke arahnya dari semua sisi dengan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya.

Mari kita lihat lebih dekat hidrosfer dan atmosfer Bumi.

1. Hidrosfer

Hidrosfer(dari hidro ... dan bola) - cangkang air bumi yang terputus-putus, terletak di antara atmosfer dan kerak bumi padat (litosfer) dan mewakili kombinasi samudra, laut, dan air permukaan daratan. Lebih banyak pengertian luas Hidrosfer juga mencakup air tanah, es dan salju di Kutub Utara dan Antartika, serta air di atmosfer dan air yang terkandung dalam organisme hidup. Sebagian besar air di hidrosfer terkonsentrasi di laut dan samudra, tempat kedua dalam volume massa air ditempati oleh air tanah, yang ketiga adalah es dan salju di wilayah Arktik dan Antartika. Perairan permukaan tanah, atmosfer, dan perairan yang terikat secara biologis membentuk sebagian kecil dari persentase total volume air di hidrosfer (Gbr. 1). Komposisi kimia hidrosfer mendekati komposisi rata-rata air laut.

Perairan permukaan, menempati bagian yang relatif kecil dari total massa hidrosfer, namun memainkan peran penting dalam kehidupan planet kita, sebagai sumber utama pasokan air, irigasi, dan pengairan. Perairan hidrosfer terus berinteraksi dengan atmosfer, kerak bumi, dan biosfer. Interaksi perairan ini dan peralihan timbal balik dari satu jenis air ke jenis air lainnya merupakan siklus air yang kompleks di dunia. Hidrosfer adalah tempat pertama di mana kehidupan berasal di Bumi. Hanya pada awal era Paleozoikum, migrasi bertahap hewan dan organisme tanaman di darat.

Jenis air	Nama	Volume, juta km 3	Kuantitas dalam kaitannya dengan total volume hidrosfer,%
perairan laut
Air tanah (tidak termasuk tanah).	tidak beraspal
Es dan salju (Arktik, Antartika, Greenland, daerah pegunungan es)
Perairan permukaan tanah: danau, waduk, sungai, rawa, perairan tanah
Perairan atmosfer	atmosfer
	biologis

Beras. 1. Jenis perairan hidrosfer

2. Suasana

Suasana Bumi (dari atmosfer Yunani - uap dan sphaira - bola) - cangkang gas, mengelilingi bumi. Atmosfer dianggap sebagai area di sekitar Bumi di mana media gas berputar bersama dengan Bumi secara keseluruhan. Massa atmosfer sekitar 5,15-10 15 ton Atmosfer memberikan kemungkinan adanya kehidupan di Bumi dan memiliki pengaruh besar pada berbagai aspek kehidupan manusia.

Asal dan peran atmosfer

Atmosfer bumi modern tampaknya berasal dari sekunder dan terbentuk dari gas yang dilepaskan oleh cangkang padat Bumi (litosfer) setelah pembentukan planet. Selama sejarah geologis Bumi, atmosfer telah mengalami evolusi yang signifikan di bawah pengaruh sejumlah faktor: disipasi (volatilisasi) gas atmosfer V ruang angkasa; pelepasan gas dari litosfer akibat aktivitas vulkanik; disosiasi (pemisahan) molekul di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari; reaksi kimia antara komponen atmosfer dan batuan penyusun kerak bumi; pertambahan (penangkapan) medium antarplanet (misalnya, materi meteorik). Perkembangan atmosfer sangat erat kaitannya dengan proses geologi dan geokimia, serta aktivitas organisme hidup. Gas atmosfer, pada gilirannya, memiliki pengaruh besar pada evolusi litosfer. Misalnya, sejumlah besar karbon dioksida yang masuk ke atmosfer dari litosfer kemudian terakumulasi dalam batuan karbonat. Oksigen atmosfer dan air berasal dari atmosfer faktor yang paling penting yang mempengaruhi batuan. Sepanjang sejarah Bumi, atmosfer telah berperan peran besar selama proses pelapukan. Proses ini melibatkan presipitasi atmosfer, yang membentuk sungai yang mengubah permukaan bumi. Yang tak kalah pentingnya adalah aktivitas angin, yang membawa pecahan batuan halus dalam jarak jauh. Secara signifikan mempengaruhi kehancuran batuan fluktuasi suhu dan lainnya faktor atmosfer. Bersamaan dengan itu, atmosfer melindungi permukaan bumi dari aksi destruktif meteorit yang jatuh, kebanyakan yang terbakar saat memasuki lapisan atmosfer yang padat.

Kegiatan makhluk hidup yang pengaruh kuat pada perkembangan atmosfer itu sendiri secara sangat untuk sebagian besar tergantung pada kondisi atmosfer. Atmosfer memerangkap sebagian besar radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada banyak organisme. Oksigen atmosfer digunakan dalam proses respirasi oleh hewan dan tumbuhan, karbon dioksida atmosfer digunakan dalam proses nutrisi tanaman. Faktor iklim, khususnya rezim termal dan rezim kelembaban, mempengaruhi kondisi kesehatan dan aktivitas manusia. Terutama tergantung pada kondisi iklim. Pertanian. Pada gilirannya, aktivitas manusia memiliki dampak yang terus meningkat pada komposisi atmosfer dan rezim iklim.

Struktur atmosfer

Banyak pengamatan menunjukkan bahwa atmosfer memiliki struktur berlapis yang jelas (Gbr. 2). Ciri-ciri utama struktur lapisan atmosfer ditentukan terutama oleh ciri-ciri distribusi suhu vertikal. Di bagian terendah atmosfer - troposfer, tempat pencampuran turbulen yang intens diamati, suhu menurun dengan bertambahnya ketinggian, dan penurunan suhu di sepanjang vertikal rata-rata 6 ° per 1 km. Ketinggian troposfer bervariasi dari 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di dekat ekuator. Karena kerapatan udara berkurang dengan cepat terhadap ketinggian, sekitar 80% dari total massa atmosfer terkonsentrasi di troposfer. Di atas troposfer terdapat lapisan transisi - tropopause dengan suhu 190-220 K, di atasnya stratosfer dimulai. Di bagian bawah stratosfer, penurunan suhu dengan ketinggian berhenti, dan suhu tetap kira-kira konstan hingga ketinggian 25 km - yang disebut. wilayah isotermal (stratosfer bawah); suhu yang lebih tinggi mulai meningkat - wilayah inversi (stratosfer atas). Suhu mencapai maksimum ~270 K pada tingkat stratopause yang terletak di ketinggian sekitar 55 km. Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 55 hingga 80 km, yang suhunya kembali menurun seiring ketinggian, disebut mesosfer. Di atasnya adalah lapisan transisi - mesopause, di atasnya terdapat termosfer, di mana suhu, meningkat seiring ketinggian, mencapai sangat nilai-nilai besar(lebih dari 1000 K). Bahkan lebih tinggi (pada ketinggian ~ 1000 km atau lebih) adalah eksosfer, dari mana gas atmosfer tersebar ke ruang dunia karena disipasi dan di mana ada transisi bertahap dari atmosfer ke ruang antarplanet. Biasanya semua lapisan atmosfer di atas troposfer disebut lapisan atas, meskipun terkadang stratosfer atau bagian bawahnya juga disebut lapisan bawah atmosfer.

Semua parameter struktural atmosfer (suhu, tekanan, kepadatan) memiliki variabilitas spasial dan temporal yang signifikan (garis lintang, tahunan, musiman, harian, dll.). Oleh karena itu, data pada Gambar. 2 hanya mencerminkan keadaan rata-rata atmosfer.

Struktur berlapis atmosfer memiliki banyak manifestasi beragam lainnya. Komposisi kimiawi atmosfer sangat heterogen. Jika pada ketinggian hingga 90 km, di mana terjadi percampuran atmosfer yang intens, komposisi relatif dari komponen konstan atmosfer praktis tidak berubah (seluruh ketebalan atmosfer disebut homosfer), maka di atas 90 km - di heterosfer - di bawah pengaruh disosiasi molekul gas atmosfer oleh radiasi ultraviolet Matahari, perubahan yang kuat komposisi kimia atmosfer dengan ketinggian. Fitur Khas bagian atmosfer ini - lapisan ozon dan pancaran atmosfernya sendiri. Struktur berlapis yang kompleks adalah ciri khas aerosol atmosfer - tersuspensi di atmosfer bahan partikulat asal terestrial dan kosmik. Lapisan aerosol yang paling umum berada di bawah tropopause dan pada ketinggian sekitar 20 km. Berlapis adalah distribusi vertikal elektron dan ion di atmosfer, yang dinyatakan dalam keberadaan lapisan D-, E- dan F ionosfer.

Komposisi atmosfer

Berbeda dengan atmosfer Jupiter, Saturnus yang sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, serta atmosfer Mars dan Venus yang komponen utamanya adalah karbon dioksida Atmosfer bumi terutama terdiri dari nitrogen dan oksigen. Atmosfer bumi juga mengandung argon, karbon dioksida, neon, dan komponen konstan hingga variabel lainnya. Konsentrasi volume relatif gas permanen, serta informasi tentang konsentrasi rata-rata sejumlah komponen variabel (karbon dioksida, metana, dinitrogen oksida, dan beberapa lainnya) yang hanya terkait dengan lapisan bawah atmosfer, diberikan pada Tabel 1 .

Konstituen variabel yang paling penting dari atmosfer adalah uap air. Variabilitas spasial dan temporal dari konsentrasinya sangat bervariasi - di permukaan bumi dari 3% di daerah tropis hingga 2 10 -5% di Antartika. Sebagian besar uap air terkonsentrasi di troposfer, karena konsentrasinya menurun dengan cepat seiring ketinggian. Kandungan rata-rata uap air di kolom vertikal atmosfer pada garis lintang sedang adalah sekitar 1,6-1,7 cm dari "lapisan air yang diendapkan" (lapisan uap air yang terkondensasi akan memiliki ketebalan seperti itu). Data kandungan uap air di stratosfer saling bertentangan. Diasumsikan, misalnya, bahwa dalam kisaran ketinggian dari 20 hingga 30 km, kelembapan spesifik meningkat tajam dengan ketinggian. Namun, pengukuran selanjutnya menunjukkan kekeringan stratosfer yang lebih besar. Rupanya, kelembaban spesifik di stratosfer tidak banyak bergantung pada ketinggian dan jumlahnya mencapai 2–4 mg/kg.

Tabel 1. Komposisi kimiawi udara atmosfer kering di dekat permukaan bumi

Variabilitas kandungan uap air di troposfer ditentukan oleh interaksi penguapan, kondensasi, dan transportasi horizontal. Akibat kondensasi uap air, terbentuk awan dan presipitasi atmosfer terjadi dalam bentuk hujan, hujan es, dan salju. Proses transisi fase air berlangsung terutama di troposfer. Itulah sebabnya awan di stratosfer (pada ketinggian 20-30 km) dan mesosfer (dekat mesopause), yang disebut induk mutiara dan perak, relatif jarang diamati, sedangkan awan troposfer biasanya menutupi sekitar 50% dari seluruh bumi. permukaan.

Ozon berdampak pada proses atmosfer, terutama pada rezim termal stratosfer. Ini terutama terkonsentrasi di stratosfer, di mana ia menyebabkan penyerapan radiasi matahari ultraviolet, yang merupakan faktor utama dalam memanaskan udara di stratosfer. Nilai bulanan rata-rata konten umum perubahan ozon tergantung pada garis lintang dan musim dalam jarak 0,23-0,52 cm (ini adalah ketebalan lapisan ozon pada tekanan dan suhu tanah). Ada peningkatan kandungan ozon dari khatulistiwa ke kutub dan variasi tahunan dengan minimum di musim gugur dan maksimum di musim semi.

Komponen variabel penting dari atmosfer adalah karbon dioksida, variabilitas kandungannya terkait dengan aktivitas vital tumbuhan (proses fotosintesis), polusi industri, dan kelarutan dalam air laut (pertukaran gas antara laut dan atmosfer). Biasanya, perubahan kandungan karbon dioksida kecil, tetapi terkadang dapat mencapai nilai yang nyata. Beberapa dekade terakhir telah terjadi peningkatan kandungan karbon dioksida akibat polusi industri, yang mungkin berdampak pada iklim akibat karbon dioksida yang tercipta efek rumah kaca. Diasumsikan bahwa, rata-rata, konsentrasi karbon dioksida tetap tidak berubah sepanjang ketebalan homosphere. Di atas 100 km, disosiasi dimulai di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dengan panjang gelombang lebih pendek dari 1690 A.

Salah satu komponen yang paling aktif secara optik - aerosol atmosfer - partikel yang tersuspensi di udara dengan ukuran mulai dari beberapa nm hingga beberapa puluh mikron, terbentuk selama kondensasi uap air dan memasuki atmosfer dari permukaan bumi sebagai akibat dari polusi industri, letusan gunung berapi, maupun dari luar angkasa. Aerosol diamati baik di troposfer maupun di atmosfer bagian atas. Konsentrasi aerosol menurun dengan cepat dengan ketinggian, tetapi tren ini ditumpangkan oleh banyak maksima sekunder yang terkait dengan keberadaan lapisan aerosol.

Kesimpulan

hidrosfer atmosfer kulit bumi

Masing-masing dari kita dari perjalanan sejarah alam dan geografi tahu bahwa kita hidup di dasar samudra udara- suasana.

Paling cangkang atas Bumi - hidrosfer dan atmosfer - sangat berbeda dari cangkang lain yang membentuk benda padat planet ini. Secara massa, ini adalah bagian yang sangat kecil dari dunia, tidak lebih dari 0,025% dari total massanya. Tetapi pentingnya cangkang ini dalam kehidupan planet ini sangat besar. Hidrosfer dan atmosfer muncul pada tahap awal pembentukan planet. Hidrosfer dan atmosfer adalah cangkang utama biosfer.

Biosfer menempati tempat khusus di antara komunitas cangkang bumi. Ini menangkap lapisan atas litosfer, hampir seluruh hidrosfer dan lapisan bawah atmosfer. Biosfer dipahami sebagai totalitas materi hidup yang menghuni permukaan planet, bersama dengan habitatnya. Signifikansi sistem ini melampaui yang murni dunia duniawi, itu merupakan link dari skala kosmik.

Atmosfer Bumi pada dasarnya berbeda dari atmosfer planet lain: ia memiliki kandungan karbon dioksida yang rendah, kandungan oksigen molekuler yang tinggi, dan kandungan uap air yang relatif tinggi. Ada dua alasan mengapa atmosfer bumi dibedakan: air samudra dan laut menyerap karbon dioksida dengan baik, dan biosfer menjenuhkan atmosfer dengan molekul oksigen yang terbentuk dalam proses fotosintesis tanaman. Perhitungan menunjukkan bahwa jika kita melepaskan semua karbon dioksida yang diserap dan diikat di lautan, sekaligus menghilangkan semua oksigen yang terakumulasi akibat kehidupan tumbuhan dari atmosfer, maka komposisi atmosfer bumi pada fitur utamanya akan menjadi serupa dengan komposisinya. dari atmosfer Venus dan Mars.

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan paling bawah adalah troposfer. Pada garis lintang bumi yang berbeda, ketebalannya berbeda. Di atas troposfer adalah tropopause dengan suhu rendah yang konstan. Di atasnya adalah stratosfer hingga ketinggian 50 kilometer. Mesosfer 55-80 kilometer. Termosfer 80-1000 kilometer. Eksosfer 1000-2000 kilometer. Jejak gas ditemukan di ketinggian 20.000 kilometer. Di atas 600 kilometer, helium mendominasi, dan di atas 1600 kilometer, hidrogen.

Di atmosfer bumi, uap air jenuh menciptakan lapisan awan yang menutupi sebagian besar planet ini. Awan bumi masuk elemen penting dalam siklus air yang terjadi di planet kita di hidrosfer - atmosfer - sistem daratan.

Bibliografi

1. Bondarev V.P. Konsep ilmu alam modern: Buku teks untuk mahasiswa. - M.: Alfa-M, 2003. - 464 hal.

2. Gorokhov V.G. Konsep ilmu alam modern: Buku Teks. - M.: INFRA-M, 2003. - 412 hal.

3. Ignatova V.A. Ilmu alam: Buku Teks. - M.: ICC "Akademkniga", 2002. - 254 hal.

4. Karpenkov S.Kh. Konsep ilmu alam modern: Buku teks untuk universitas. - M.: Proyek akademik, 2000. Ed. 2, rev. dan tambahan - 639 hal.

5. Konsep ilmu alam modern: Buku Teks untuk universitas / Ed. prof. V.N. Lavrinenko, prof. V.P. Ratnikov. - M.: UNITI-DANA, 2003. - 303 hal.

6. Strelnikov O.N. Konsep ilmu alam modern: Kursus kuliah singkat. - M.: Yurayt-Izdat, 2003. - 221 hal.

7. Timofeeva S.S., Medvedeva S.A., Larionova E.Yu. Dasar-dasar ilmu alam modern dan ekologi. - Rostov-on-Don: "Phoenix", 2004. - 384 hal. - (Seri "Buku Teks, alat peraga").

8. Khoroshavina S.G. Konsep ilmu pengetahuan alam modern. Kursus kuliah. - Rostov n / D .: "Phoenix", 2003. - 480 hal.

Dokumen Serupa

Hidrosfer adalah cangkang air Bumi. Distribusi massa air di hidrosfer. Perannya dalam mempertahankan iklim planet yang relatif tidak berubah. Ancaman ekologis. Penggunaan, pencemaran dan perlindungan sumber daya air. Pengguna air dan pengguna air.

abstrak, ditambahkan 24/06/2008


Hipotesis tentang asal usul Bumi, esensi, pembenaran, dan perkembangannya. Ciri-ciri proses pembentukan cangkang bagian dalam Bumi dalam prosesnya evolusi geologi, struktur mereka. Munculnya atmosfer dan hidrosfer Bumi dan perannya dalam munculnya kehidupan.

abstrak, ditambahkan 16/03/2011


Kenalan dengan gagasan Vernadsky tentang biosfer dan hubungannya dengan konsep ruang. Karakteristik gas (atmosfer), air (hidrosfer) dan cangkang padat atas (litosfer) Bumi. Pertimbangan prinsip-prinsip siklus air, karbon, oksigen, nitrogen.

presentasi, ditambahkan 03/01/2010


Konsep hidrosfer dan litosfer. Atmosfer sebagai cangkang udara planet, komposisinya. Struktur internal Bumi. Distribusi air di hidrosfer. Peran lapisan ozon di atmosfer. Air tanah dan air bawah tanah. Biosfer sebagai wilayah persebaran kehidupan.

presentasi, ditambahkan 18/10/2015


Konsep siklus air di alam dan perannya di alam. Bola bumi dan komposisi hidrosfer. Apa cangkang air Bumi. Apa yang membentuk sirkulasi zat. Konsep penguapan dan kondensasi. Komponen aliran air tahunan.

presentasi, ditambahkan 02/09/2012


Hidrosfer dan atmosfer, fungsi dan fitur interaksinya. siklus unsur kimia tugas utama lingkungan. Inti dari siklus biotik global, implementasinya dengan partisipasi semua organisme yang menghuni planet ini.

abstrak, ditambahkan 09/19/2014


Pembentukan Bumi sebagai planet, proses yang sedang berlangsung dan pembenarannya. Evolusi biogeokimia dari komposisi atmosfer dan aktivitas vital organisme dalam pertukaran massa gas. Signifikansi perpindahan massa atmosfer dari bentuk unsur kimia yang larut dalam air.

makalah, ditambahkan 08/23/2009


Informasi umum tentang Bumi. Pertanyaan tentang evolusi awal Bumi. Atmosfer dan hidrosfer. Skala waktu geologis dari sejarah Bumi, diterapkan dalam geologi dan paleontologi. Komposisi kimia litosfer. Masa depan planet kita. Perubahan biologis dan geologis.

abstrak, ditambahkan 21/12/2013


Karakterisasi teori utama asal usul Bumi: hipotesis Kant-Laplace dan teori Big Bang. Inti dari teori modern tentang evolusi Bumi. Terbentuknya tata surya, munculnya kondisi kehidupan. Munculnya hidrosfer dan atmosfer.

tes, ditambahkan 01/26/2011


Karakterisasi konsep hidrosfer sebagai totalitas dari semua cadangan air planet bumi. Menentukan batas-batas hidrosfer dan mengkarakterisasi fisik dan sifat kimia air. Sirkulasi air dalam kondisi iklim yang berbeda. Struktur atmosfer dan peredarannya.

Hidrosfer

Air hampir ada di mana-mana di Bumi. Itu membentuk cangkangnya sendiri. Yang disebut hidrosfer. Cangkang ini menembus ke semua bidang lain di Bumi, karena, seperti air, ada "di mana-mana". Di sini diberikan interpretasi luas tentang hidrosfer, yang mencakup semua jenis perairan alami. Hidrosfer menutupi perairan samudra permukaan air, perairan atmosfer, es tanah dan bawah tanah, semua jenis air di bagian dalam bumi dan perairan biogenik, yaitu, hidrosfer atas tanah, tanah, dan bawah tanah dapat dibedakan.

Subjek studi hidrogeologi adalah hidrosfer bawah tanah adalah air yang paling kompleks cangkang bumi. Kompleksitasnya dijelaskan oleh beberapa keadaan: 1) lapisan yang sangat tipis dari hidrosfer bawah tanah yang dapat diakses untuk dipelajari (hingga 5-12 km); 2) keberadaan di hidrosfer bawah tanah, selain fase cair, padat dan uap, dari beberapa jenis air tertentu (terikat secara fisik, terikat secara kimiawi, dll.); 3) kondisi dan proses interaksi air yang spesifik dan beragam dengan media yang mengandung air (batuan, gas, organisme hidup). Dengan semua ini, harus diingat bahwa hidrosfer bawah tanah adalah yang utama dalam kaitannya dengan cangkang air terestrial dan di atas tanah. Pertama, air bawah tanah terbentuk, yang dalam proses evolusi Bumi, berpindah ke keadaan tanah dan di atas tanah. Lambat laun, sifat pertukaran air antar cangkang memperoleh tampilan modern.

Pemisahan cangkang bumi terjadi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Menurut hipotesis para ilmuwan Amerika, 4,25 miliar tahun yang lalu Bumi bertabrakan objek luar angkasa ukuran Mars. Dari tumbukan tersebut, lapisan permukaan Bumi setebal 1000 km meleleh, Bumi menerima impuls dan berputar pada porosnya dengan ekliptika 23 0 yang stabil hari Bumi(24 jam). 90% substansi tubuh kosmik diserap oleh Bumi, dan 10% membentuk "cincin" yang mirip dengan Saturnus, yang kemudian berkumpul dan membentuk Bulan. Pada awalnya, jaraknya 15 kali lebih dekat ke Bumi. Semua ini menyebabkan pemisahan cangkang Bumi. Akibat pemanasan zat mantel, menurut Akademisi A.P. Vinogradov, itu dibagi menjadi dua fase: refraktori (dunites) dan fusible (basal).

Selama proses ini, komponen magma basaltik, uap air, dan gas yang paling mudah menguap, mengalir ke permukaan bumi. Mekanisme proses peleburan dan degassing mantel A.P. Vinogradov direproduksi secara eksperimental (pelelehan zona). Mantel mengandung sekitar 20·10 8 ton air, dan 7,5 - 24% dari jumlah ini bermigrasi ke kerak bumi dan Samudra Dunia, yaitu. berpartisipasi dalam penciptaan hidrosfer. 1·10 4 ton bisa datang dari luar angkasa dengan meteorit, mis. 4 kali lipat lebih kecil. Lapisan atas atmosfer dapat menyediakan lebih sedikit air ( awan noctilucent ditemukan oleh Vernadsky).

Jadi, mantel adalah satu-satunya sumber air di Bumi.

1. Evolusi hidrosfer dimulai pada pergantian Arkean - Proterozoikum, ketika keseimbangan dinamis terbentuk antara air dan gas. Pada saat yang sama, lapisan granit terbentuk, geosinklin dan platform dipisahkan, dan laut kontinental muncul. Semua ini menandai permulaan atmosfer dan siklus hidrologi air yang teratur.

Menurut A.P. Vinogradov, zat yang mudah menguap menjadi sumber anion dari massa garam air laut, dan semua kation utama terbentuk selama penghancuran batuan.

Pada tahap awal hampir tidak ada oksigen di atmosfer, tetapi ada CO 2, NH 3, NH 4, H 2 S, Hcl, dll.

2. Sekitar 2,0 - 2,7 miliar tahun yang lalu terjadi perubahan kondisi reduksi di atmosfer dan di permukaan menjadi kondisi pengoksidasi, dan sumber O 2 adalah reaksi fotokimia dengan H 2 O dan CO 2 di atmosfer bagian atas.

3. Munculnya kehidupan. Sehubungan dengan radiasi kosmik dan ultraviolet yang intens, kompleks senyawa organik dari CH 4, NH 3, H 2, H 2 S, CO 2, H 2 O, dll., dan atas dasar mereka, pada kedalaman tertentu di lautan (di bawah layar lapisan air), organisme paling sederhana berkembang , tetapi mereka tidak ada di darat ( karena layar ozon belum ada. Pembentukannya menyebabkan revolusi biologis mendalam pertama, karena reduksi H 2 O dalam proses kehidupan menyebabkan pelepasan oksigen bebas, yang merupakan awal pembentukan atmosfer oksigen-nitrogen modern dan layar ozon, dan kehidupan dapat berkembang di darat Sebagai hasil dari pembentukan atmosfer, sintesis radiogenik dan fotogenik dari molekul organik kompleks berhenti.

4. Pada Paleozoikum awal, aНСО 3 – СОˉ 3 kesetimbangan, yang memastikan stabilitas komposisi perairan laut. Dengan munculnya kehidupan di Bumi, proses pelapukan berubah ke arah intensifikasi di bawah pengaruh CO 2 . Sebagai hasil dari fotosintesis, oksigen di atmosfer saat ini diperbarui dalam 2–3 ribu tahun, dan karbon dioksida dalam 350–500 tahun (tidak termasuk efek rumah kaca modern), dan semua air di Samudra Dunia melewati tumbuhan fotosintesis dalam beberapa juta tahun.

5. Pembentukan air tawar di Bumi.

Faktor utama munculnya air tawar di Bumi adalah munculnya kehidupan, formasi suasana modern, pemotongan kerak bumi menjadi platform dan geosinklin. Semua ini berumur 2,5 - 3,0 miliar tahun. Munculnya siklus air hidrologi besar yang menyebabkan pembentukan segar air tanah dari presipitasi atmosfer.

Mengenai komposisi perairan Samudra Dunia, ada pendapat yang ambigu. Beberapa percaya bahwa itu terbentuk pada awal Paleozoikum. Yang lain mendukung perubahan komposisi yang signifikan bahkan selama 0,5-0,6 miliar tahun terakhir. Misalnya, Yu.P. Kazansky menetapkan 5 jenis hidrogeologi perairan laut selama evolusi hidrosfer dari Archean ke Kenozoikum, dan komposisi natrium-kalsium sulfat-klorida modern muncul, menurut datanya, di Perm. Seiring dengan pertukaran air antara lautan dan hidrosfer bawah tanah terjadi dan sedang terjadi pertukaran garam. Komposisi Samudra Dunia mencerminkan kondisi era sebelumnya, dan karena massa air yang sangat besar, ia bereaksi buruk terhadap pengaruh luar. Rasio isotop H 2 /H 1 dan O 18 / O 16 tidak berubah selama 300 - 500 juta tahun. Konsistensi ini digunakan sebagai standar air laut Tengah Standar (SMOW).

Kita harus memulai cerita tentang asal usul Bumi dan tata surya dari jauh. Pada 1687, I. Newton menyimpulkan hukum gravitasi : setiap benda di alam semesta menarik benda lainnya dengan gaya yang berbanding lurus dengan perkalian massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara benda tersebut. Secara teoritis, hukum gravitasi universal memungkinkan untuk menghitung pergerakan benda apa pun di Semesta di bawah pengaruh gravitasi benda lain. Tapi - sayang! - hanya secara teoritis: persamaan yang diperlukan untuk menggambarkan gerak segala sesuatu tiga terisolasi tubuh di bawah pengaruh ketertarikan satu sama lain begitu kompleks sehingga solusinya tidak dapat diperoleh selama hampir tiga abad, hingga tahun 60-an abad XX. Jelas bahwa tentang solusi lengkap untuk sistem benda seperti tata surya, tidak perlu berbicara. Adapun perhitungan perkiraan yang dilakukan oleh banyak matematikawan dan astronom terkemuka (J. Lagrange, P. Laplace, dan lainnya), mereka menunjukkan bahwa gangguan dalam orbit planet bersifat periodik: parameter orbit berubah dalam satu arah, lalu ke arah yang berlawanan, dan seterusnya hingga tak terbatas. Tampaknya tidak ada apa pun dalam struktur tata surya itu sendiri, yang ditentukan oleh gravitasi, yang akan mencegah keberadaannya selamanya; Pantas saja Newton sendiri yang bertanya asal Tata surya tidak terbenam sama sekali.

Namun, mari kita pikirkan: jika hanya gravitasi yang menjadi penyebab pergerakan planet, lalu apa yang akan terjadi pada mereka? Benar, mereka akan "jatuh" ke Matahari. Tetapi planet-planet dengan aman bergerak di sepanjang orbitnya tegak lurus terhadap gaya gravitasi yang bekerja padanya dan pada saat yang sama masih berputar di sekitar porosnya sendiri. Gerakan ini tidak dapat muncul - dan tidak muncul! bawah pengaruh gravitasi matahari. Dari mana asalnya? Faktanya adalah bahwa setiap benda yang berputar memiliki kualitas tertentu, yang disebut momentum sudut(MKD). Besarnya MKD bergantung pada tiga parameter: massa benda, kecepatan melingkar, dan jarak ke pusat rotasi. KE Abad XVIII ditemukan bahwa MKD tidak muncul dari ketiadaan dan tidak hilang tanpa bekas, tetapi hanya dapat ditularkan dari tubuh ke tubuh. Ini hukum kekekalan momentum sudut, yang termasuk dalam sejumlah hukum kekekalan (seperti hukum kekekalan materi, energi, dll.). Dan jika demikian, maka teori asal usul Semesta (atau Tata Surya) setidaknya tidak boleh bertentangan dengannya.

Jadi, semua benda yang menyusun tata surya memiliki MCD-nya sendiri. Tidak mungkin membuat MKD - dari mana asalnya? Pertimbangkan jalan keluar berikut dari kebuntuan ini. MKD dapat berbeda tergantung pada arah rotasi: Oleh Dan melawan searah jarum jam - MCD positif dan negatif. Jika tubuh (atau sistem tubuh) diberitahu tentang dua MCD ( ukuran yang sama, tetapi dengan tanda yang berbeda), maka kedua momen tersebut saling meniadakan, dan sistem tanpa MCD muncul. Tetapi dalam kasus ini, kebalikannya juga benar: sistem yang awalnya tidak memiliki MQD dapat dibagi menjadi dua: satu dengan MQD positif, yang lain dengan MQD negatif yang sama. Dengan demikian, MKD seolah muncul dan menghilang tanpa melanggar hukum konservasi. Berdasarkan hal tersebut, dapat diasumsikan bahwa Semesta pada awalnya tidak memiliki MCD, tetapi kemudian beberapa bagiannya menerima momen positif, dan lainnya - pada saat yang sama - negatif.

Jadi, jika Anda melihat tata surya "dari atas" - dari titik tertentu di atas kutub Utara Bumi (dan, karenanya, di atas bidang orbitnya), ternyata Bumi, Matahari, dan sebagian besar benda lain berputar mengelilingi porosnya berlawanan arah jarum jam; planet mengelilingi matahari dan satelit mengelilingi planet - juga. Ini berarti MCD positif dan negatif dari semua benda yang menyusun Tata Surya sama sekali tidak seimbang satu sama lain; total MCD dari sistem ini sangat besar, dan perlu dijelaskan asal-usulnya.

Pada 1796, P. Laplace merumuskan teori nebula, yang menurut urutan peristiwa selama pembentukan tata surya adalah sebagai berikut. Ada awan gas dan debu primer (nebula - dalam bahasa Latin "nebula"), yang muncul sebagai akibat dari konsentrasi materi antarbintang yang tersebar di bawah pengaruh daya tarik timbal balik partikelnya (sesuai dengan hukum gravitasi universal) . Nebula bukanlah bola yang sempurna, dan ujung-ujungnya - hanya menurut teori probabilitas - berada pada jarak yang tidak sama dari nebula (atau bintang) terdekat, dan oleh karena itu tertarik oleh nebula dengan gaya yang tidak sama (yang, seperti kita ingat, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak). Ketidakseimbangan ini cukup bagi nebula kita untuk menerima dorongan utama, yang akan memberikannya gerakan berputar, meskipun sangat lemah.

Segera setelah nebula mulai berputar di sekitar porosnya, gravitasi muncul di dalamnya (seperti di pesawat luar angkasa, yang secara khusus "berputar" untuk melawan keadaan tanpa bobot). Di bawah pengaruh gravitasi, nebula akan mulai menyusut, mis. radiusnya berkurang. Dan kami ingat bahwa MCD (yang merupakan nilai konstan) bergantung pada tiga parameter: massa tubuh, radius Dan kecepatan rotasinya; massa juga merupakan nilai konstan, oleh karena itu, penurunan radius hanya dapat dikompensasi dengan peningkatan kecepatan rotasi. Akibatnya, bola gas yang sangat besar akan berputar lebih cepat dan lebih cepat, bekerja seperti sentrifugal: di bawah aksi gaya sentrifugal, ekuatornya membengkak, membuat bola berbentuk ellipsoid yang semakin rata. Ada saatnya ketika terus meningkat gaya sentrifugal di ekuator, ia menyeimbangkan gaya tarik-menarik dan sebuah cincin mulai terkelupas darinya (ekuator), dan kemudian, saat nebula berkontraksi lebih jauh, lagi dan lagi. Substansi dari cincin yang berputar ini mulai memadat menjadi planet di bawah pengaruh daya tarik timbal balik dari partikel-partikelnya, yang pada gilirannya satelit mereka terkoyak.

Teori Laplace, yang menurutnya Bumi dulu awalnya dingin, tetap populer selama hampir seabad, meskipun beberapa data astronomi membantahnya (misalnya, rotasi Venus dan Uranus berlawanan arah dengan semua planet lain dan Matahari). Namun, lebih dekat ke akhir XIX abad, ketika ditetapkan dengan kuat bahwa suhu di perut planet kita sangat tinggi (menurut data modern, lebih dari 1000 ° C), sebagian besar ilmuwan mulai berbagi pendapat tentang awalnya panas Bumi - bola api, secara bertahap mendingin dari permukaan. Pencarian sumber zat panas ini cukup alami dimulai dari Matahari. Pada awal abad ke-20, astronom T. Chamberlain dan F. Multon mengajukan, dan J. Jeans membuktikan secara matematis teori planetesimal asal usul planet-planet dalam tata surya. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa bintang lain pernah lewat dekat dengan Matahari ("terdekat" - ini dalam skala kosmik). Pada saat yang sama, ketertarikan timbal balik menarik dari masing-masing materi bintang yang menonjol, yang, setelah bersatu, membentuk "jembatan antarbintang", yang kemudian pecah menjadi "tetesan" yang terpisah - planetesimal. Planetesimal yang mendingin memunculkan planet dan satelitnya.

Namun, paruh kedua abad ke-20 adalah waktu untuk kembali ke konsep aslinya bumi yang dingin. Pertama, ada keberatan yang serius, murni astronomi, terhadap teori planetesimal. G. Ressel, misalnya, memperhatikan keadaan sederhana bahwa jika pita materi bintang direntangkan antara Matahari dan bintang yang lewat, maka bagian tengahnya (di mana daya tarik kedua tokoh saling seimbang) harus tetap ada. dalam imobilitas total. Begitu pula sebaliknya, ternyata beberapa posisi Laplace yang ternyata keliru bisa saja dikoreksi dengan baik dalam rangka pengembangan lebih lanjut teori nebular. Sebagai contoh, kita dapat mengutip hipotesis O. Yu. Schmidt (di mana awan gas-debu ditangkap oleh Matahari yang sudah ada pada waktu itu) atau model K. von Weizsäcker yang sekarang lebih populer (di mana rotasi nebula bukan lagi bola homogen, seperti di Laplace , tetapi sistem pusaran multi-kecepatan, agak mengingatkan pada bantalan bola). Dipercaya juga bahwa gas dan debu dalam nebula debu-gas yang berputar berperilaku berbeda: debu terkumpul dalam piringan ekuator datar, dan gas membentuk awan yang hampir bulat, menebal ke arah tengah nebula. Selanjutnya, debu dari piringan khatulistiwa saling menempel menjadi planet-planet, dan gas dengan beratnya sendiri memanas sehingga “menyala” dalam bentuk Matahari.

Hal lain ternyata lebih penting untuk kemenangan konsep "dingin": jawaban yang meyakinkan dan pada saat yang sama ditemukan jawaban yang cukup sederhana untuk pertanyaan - dari mana datangnya panas, yang memanaskan perut Bumi yang awalnya dingin dengan suhu setinggi itu? Sumber panas ini, seperti yang diyakini sekarang, ada dua: energi peluruhan unsur radioaktif Dan diferensiasi gravitasi lapisan tanah. Dengan radioaktivitas, semuanya cukup jelas, dan sumbernya sekunder - menurut perkiraan modern, tidak lebih dari 15% energi pemanas. Gagasan diferensiasi gravitasi usus (perkembangannya yang terperinci dikaitkan dengan nama O. G. Sorokhtin) adalah sebagai berikut.

Mengetahui massa dan volume Bumi (dihitung kembali pada abad ke-18), mudah untuk ditentukan rata-rata kepadatan materi terestrial- 5,5 g/cm3 . Sementara itu, kerapatan batuan tersedia untuk kita pelajari secara langsung setengahnya: kepadatan rata-rata substansi kerak bumi adalah 2,8 g/cm3. Dari sini jelas bahwa substansi usus yang dalam Bumi harus memiliki kepadatan yang jauh lebih tinggi dari rata-rata.

Diketahui bahwa hampir 9/10 dari massa Bumi hanya terdiri dari empat unsur kimia - oksigen (yang merupakan bagian dari oksida), silikon, aluminium, dan besi. Oleh karena itu, dapat dinyatakan dengan cukup pasti bahwa lapisan luar planet yang "lebih ringan" sebagian besar terdiri dari senyawa silikon (aluminosilikat), sedangkan lapisan dalam yang "berat" terdiri dari besi.

Pada saat pembentukan Bumi ("panas" atau "dingin" - bagi kita sekarang tidak masalah), unsur-unsur "berat" dan "ringan" dan senyawanya tidak bisa tidak tercampur sempurna. Namun, diferensiasi gravitasi mereka dimulai lebih jauh: di bawah pengaruh gravitasi, senyawa "berat" (besi) "tenggelam" - tenggelam ke pusat planet, dan "ringan" (silikon) - "melayang" ke permukaannya. Sekarang mari kita pertimbangkan proses ini dalam kolom vertikal materi terestrial yang diukir secara mental, yang dasarnya adalah pusat planet, dan puncaknya adalah permukaannya. Besi yang "tenggelam" secara konstan menggeser pusat gravitasi pilar ini ke alasnya. Di mana energi potensial kolom (sebanding dengan produk massa benda dan ketinggian kenaikannya, yang dalam kasus kita adalah jarak antara pusat bumi dan pusat gravitasi kolom) terus menurun. Energi total Bumi, sesuai dengan hukum kekekalan, tidak berubah; oleh karena itu, energi potensial yang hilang dalam proses diferensiasi gravitasi hanya dapat diubah menjadi energi kinetik molekul, yaitu. dilepaskan sebagai panas.

Perhitungan ahli geofisika menunjukkan bahwa energi ini adalah jumlah yang sangat besar yaitu 4·10 30 kal (yang setara dengan satu triliun total amunisi nuklir dari semua negara di dunia). Ini cukup untuk - bahkan tanpa menggunakan energi peluruhan radioaktif - untuk memanaskan perut Bumi yang awalnya dingin menjadi cair. Namun, saat menghitung keseimbangan panas Bumi sepanjang sejarahnya, ahli geofisika sampai pada kesimpulan bahwa suhu interiornya hanya bisa mencapai 1600°C di beberapa tempat, kebanyakan sekitar 1200°C; yang berarti bahwa planet kita, bertentangan dengan gagasan sebelumnya, tidak pernah sepenuhnya meleleh. Tentu saja, planet terus-menerus kehilangan energi panas saat mendingin dari permukaannya, tetapi kehilangan ini sebagian besar (jika tidak seluruhnya) diimbangi oleh radiasi matahari.

Jadi, Bumi sepanjang sejarahnya adalah benda padat (apalagi di kedalaman, dengan tekanan tinggi - Sangat tubuh kaku), yang, bagaimanapun, secara paradoks berperilaku di bawah beban konstan yang sangat besar seperti cairan yang sangat kental. Bentuk planet itu sendiri - ellipsoid dengan Kutub Utara yang sedikit menonjol dan Kutub Selatan yang sedikit tertekan - idealnya sesuai dengan yang seharusnya mengambil cairan dalam keadaan seimbang. Dalam ketebalan "cair" ini, gerakan massa materi kolosal yang sangat lambat, tetapi sangat kuat terus-menerus terjadi, yang terkait dengan vulkanisme, pembangunan gunung, perpindahan horizontal benua, dll. Kita akan membahas keteraturan mereka di bab berikutnya. Di sini penting untuk diingat bahwa sumber energi untuk semua proses ini pada akhirnya adalah diferensiasi gravitasi materi yang sama di perut planet. Dengan demikian, ketika proses ini selesai sepenuhnya, planet kita secara geologis akan menjadi tidak aktif, "mati" - seperti Bulan. Menurut perhitungan ahli geofisika, saat ini, 85% besi yang ada di Bumi telah tenggelam ke intinya, dan dibutuhkan 1,5 miliar tahun lagi untuk "mengendapkan" 15% sisanya.

Akibat diferensiasi gravitasi, perut planet terbagi (seperti susu dalam pemisah) menjadi tiga lapisan utama: "berat", "menengah", dan "ringan". Lapisan "berat" bagian dalam (dengan kerapatan zat sekitar 8 g / cm 3) - bagian tengah inti, terdiri dari senyawa besi dan logam lainnya; dari 6400 km yang membentuk jari-jari planet, intinya mencapai 2900 km. Lapisan permukaan "ringan" (kerapatan zatnya sekitar 2,5 g / cm 3) disebut kulit pohon. Ketebalan rata-rata kerak hanya 33 km; itu dipisahkan dari lapisan di bawahnya Permukaan Mohorovicic, setelah melewati mana kecepatan propagasi meningkat secara tiba-tiba gelombang elastis. Antara korteks dan nukleus adalah lapisan "perantara" - mantel; batuannya memiliki kerapatan sekitar 3,5 g/cm 3 dan sebagian cair. Mantel atas dipisahkan dari mantel bawah terletak 60–250 km dari permukaan oleh lapisan basal cair - astenosfer; mantel atas, bersama dengan kerak, terbentuk cangkang keras planet - litosfer(Gbr. 4). Di astenosfer terdapat ruang magma yang memberi makan gunung berapi, aktivitas yang membuat Bumi berutang pada cangkang bergeraknya - hidrosfer Dan suasana.

Beras. 4. Struktur perut planet (dengan skema gunung berapi)

Menurut konsep modern, atmosfer dan hidrosfer muncul sebagai akibat dari degassing magma, yang meleleh selama proses vulkanik dari mantel atas dan membentuk kerak bumi. Atmosfer dan hidrosfer terdiri dari zat mudah menguap ringan (senyawa hidrogen, karbon, dan nitrogen), yang kandungannya di Bumi secara keseluruhan sangat kecil - sekitar satu juta kali lebih sedikit daripada di luar angkasa. Alasan defisit ini adalah karena zat-zat yang mudah menguap ini “tersapu” dari awan protoplanet. angin surya(yaitu aliran plasma surya) dan tekanan ringan. Pada saat pembentukan Bumi dari awan protoplanet, semua elemen atmosfer dan hidrosfer masa depannya berada dalam bentuk terikat, dalam komposisi zat padat: air - dalam hidroksida, nitrogen - dalam nitrida (dan, mungkin, dalam nitrat), oksigen - dalam oksida logam, karbon - dalam grafit, karbida dan karbonat.

Gas vulkanik modern adalah sekitar 75% uap air dan 15% karbon dioksida, dan sisanya adalah metana, amonia, senyawa belerang (H 2 S dan SO 2) dan "asap asam" (HCl, HF, HBr, HI), serta sebagai gas inert; oksigen bebas sama sekali tidak ada. Studi tentang kandungan gelembung gas di kuarsit tertua (Katarhean) dari perisai Aldan menunjukkan hal itu komposisi kualitatif gas-gas ini sepenuhnya konsisten dengan apa yang tercantum di atas. Sejak ini atmosfer primer masih sangat tipis, suhu di permukaan bumi itu suhu kesetimbangan radiasi, dihasilkan dari penyelarasan fluks panas matahari yang diserap oleh permukaan dengan fluks panas yang dipancarkannya; untuk planet dengan parameter Bumi, suhu kesetimbangan radiatif kira-kira 15°C.

Akibatnya, hampir semua uap air dari komposisi gas vulkanik seharusnya sudah mengembun, membentuk hidrosfer. Karena samudra primer berlalu, larut dalam air, dan komponen gas vulkanik lainnya - sebagian besar karbon dioksida, "asap asam", oksida belerang, dan sebagian amonia. Akibatnya, atmosfer primer (mengandung - dalam kesetimbangan dengan lautan - uap air, CO 2 , CO, CH 4 , NH 3 , H 2 S, gas inert dan restoratif) tetap tipis dan suhu di permukaan planet tidak menyimpang sama sekali dari titik kesetimbangan radiatif, tetap berada dalam batas keberadaan air cair. Ini telah menentukan salah satu perbedaan utama Bumi dari planet lain di tata surya - keberadaan hidrosfer yang konstan di atasnya.

Bagaimana volume hidrosfer berubah sepanjang sejarahnya? Dalam basalt cair (di astenosfer) pada suhu 1000°C dan tekanan 5–10 ribu atmosfer, hingga 7–8% H 2 O terlarut: ini persis berapa banyak air, seperti yang ditetapkan oleh ahli vulkanologi, degassed selama pencurahan lava. Sebagian besar air ini (yang berasal dari mantel) mengisi kembali hidrosfer, tetapi sebagian diserap kembali ke bebatuan. kerak samudera(proses ini disebut serpentinisasi). Perhitungan oleh ahli geofisika menunjukkan bahwa di Katarchean dan Arkean, hanya ada sedikit air di cekungan samudra dan belum menutupi pegunungan tengah laut. Air tidak masuk ke kerak samudera dari lautan, tetapi dari bawah - langsung dari mantel. Pada awal Proterozoikum, permukaan samudra mencapai puncak pegunungan tengah samudra, tetapi sepanjang Proterozoikum Awal, hampir seluruh volume air yang masuk ke samudra diserap oleh bebatuan kerak samudra. Pada awal Proterozoikum Tengah, proses serpentinisasi berakhir dan kerak samudra memperoleh komposisi modernnya. Sejak saat itu, volume lautan mulai bertambah lagi. Ini akan berlanjut (dengan perlambatan bertahap) hingga proses vulkanik berhenti di Bumi.

Jika Anda bertanya kepada seseorang: “Mengapa laut asin?”, Dia hampir pasti akan menjawab: “Karena alasan yang sama mengapa danau tanpa saluran air menjadi asin (seperti Danau Elton, yang memasok garam meja untuk kita): sungai mengalir ke laut membawa sejumlah garam, lalu airnya menguap, dan garamnya tetap ada." Jawaban ini salah: salinitas lautan memiliki sifat yang sama sekali berbeda dari salinitas limpasan perairan ujung pedalaman. Faktanya, air samudra primer memiliki berbagai kotoran. Salah satu sumber pengotor ini adalah gas atmosfer yang larut dalam air, yang lainnya adalah bebatuan, yang darinya, akibat erosi (baik di darat maupun di dasar laut), berbagai zat. "Asap asam", larut dalam air, menghasilkan asam halogen, yang segera bereaksi dengan silikat (komponen utama batuan) dan mengekstraksi logam dalam jumlah yang setara (terutama alkali dan alkali tanah - Na, Mg, Ca, Sr, K , Li). Pada saat yang sama, pertama, air menjadi hampir netral dari asam, dan kedua, garam dari unsur-unsur yang diekstraksi dari silikat masuk ke dalam larutan; Dengan demikian, air laut asin sejak awal. Konsentrasi kation dalam air laut bertepatan dengan kelimpahan logam ini di bebatuan kerak bumi, tetapi kandungan anion utama (Cl–, Br–, SO 4 –, HCO 3 –) dalam air laut jauh lebih tinggi dari jumlah mereka yang dapat diekstraksi dari keturunan gunung. Oleh karena itu, ahli geokimia percaya bahwa semua anion air laut muncul dari produk degassing mantel, dan semua kation berasal dari batuan yang hancur.

Faktor utama yang menentukan keasaman air laut adalah kandungan karbon dioksida di dalamnya (CO 2 larut dalam air, sekarang 140 triliun ton terlarut di lautan - dibandingkan 2,6 triliun ton yang terkandung di atmosfer). Di lautan, ada keseimbangan dinamis antara kalsium karbonat CaCO 3 yang tidak larut dan bikarbonat Ca (HCO 3) 2 yang larut: dengan kekurangan CO 2, bikarbonat "ekstra" berubah menjadi karbonat dan mengendap, dan dengan kelebihan CO 2 , karbonat berubah menjadi bikarbonat dan masuk ke dalam larutan . Buffer karbonat-bikarbonat berasal dari lautan tahap awal keberadaannya, dan sejak itu mempertahankan keasaman air laut pada tingkat yang stabil.

Adapun atmosfer, komposisinya mulai berubah pada Proterozoikum, ketika organisme fotosintetik mulai memproduksi (sebagai produk sampingan dari aktivitas vitalnya) oksigen bebas; Sekarang dianggap mapan semua oksigen bebas di planet ini berasal dari biogenik. Oksigen, tidak seperti karbon dioksida, sulit larut dalam air (rasio antara CO2 atmosfer dan terlarut, seperti yang telah kita lihat, adalah 1:60, dan untuk O2 adalah 130:1), dan oleh karena itu hampir semua peningkatan oksigen ada di atmosfer. Di sana ia mengoksidasi CO dan CH 4 menjadi CO 2 , H 2 S menjadi S dan SO 2 , dan NH 3 menjadi N 2 ; belerang asli secara alami jatuh ke permukaan, karbon dioksida dan belerang dioksida larut di lautan, dan akibatnya, hanya nitrogen inert secara kimiawi (78%) dan oksigen (21%) yang tersisa di atmosfer. Suasana dari reduksi menjadi modern, oksidasi; namun, kita akan membahas sejarah oksigen di Bumi lebih detail nanti, di mana kita akan membahas tentang evolusi awal makhluk hidup (Bab 5).

Selain oksigen dan nitrogen, atmosfer mengandung sejumlah kecil yang disebut gas-gas rumah kaca- karbon dioksida, uap air dan metana. Meskipun mereka merupakan bagian kecil dari atmosfer (kurang dari 1%), namun mereka memiliki dampak penting pada iklim global. Ini semua tentang sifat khusus dari gas-gas ini: relatif transparan terhadap radiasi gelombang pendek yang datang dari Matahari, mereka pada saat yang sama buram terhadap radiasi gelombang panjang yang dipancarkan oleh Bumi ke luar angkasa. Karena alasan ini, variasi jumlah CO 2 di atmosfer dapat menyebabkan perubahan signifikan dalam keseimbangan panas planet ini: dengan peningkatan konsentrasi gas ini, atmosfer dalam sifat-sifatnya mendekati atap kaca rumah kaca, yang memberikan pemanasan udara rumah kaca dengan "menangkap" energi radiasi, - Efek rumah kaca.

Kerak bumi, hidrosfer, dan atmosfer terbentuk terutama sebagai akibat pelepasan zat dari mantel atas Bumi muda. Saat ini, pembentukan kerak samudera terjadi di pegunungan tengah samudera dan disertai dengan pelepasan gas dan sejumlah kecil air. Pembentukan kerak di Bumi muda disebabkan oleh proses yang sama - karena itu, cangkang batuan terbentuk dengan ketebalan kurang dari 0,0001% dari volume seluruh planet. Komposisi cangkang ini, yang membentuk kerak benua dan samudera, berevolusi dari waktu ke waktu, terutama karena sublimasi unsur-unsur dari mantel akibat pencairan sebagian pada kedalaman sekitar 100 km. Komposisi kimia rata-rata kerak modern menunjukkan bahwa oksigen terkandung di dalamnya paling, bergabung dalam berbagai bentuk dengan silikon, aluminium dan elemen lainnya untuk membentuk silikat.

Berdasarkan banyak data, dapat diasumsikan bahwa unsur volatil terlepas dari mantel akibat letusan gunung berapi yang menyertai pembentukan kerak. Kemungkinan besar, awalnya atmosfer terdiri dari karbon dioksida dan nitrogen dengan sedikit hidrogen dan uap air. Evolusi menuju atmosfer oksigen modern tidak terjadi hingga kehidupan mulai berkembang.

Pembentukan hidrosfer

Air dalam tiga wujudnya - cair, es, dan uap air - tersebar luas di permukaan bumi dan menempati volume 1,4 miliar km 3. Hampir semua air ini (> 97 %) terletak di lautan, dan sebagian besar sisanya membentuk tudung kutub es dan gletser (sekitar 2 %). Perairan tawar kontinental mewakili kurang dari 1 % volume total. Atmosfer mengandung air yang relatif sedikit (0,001% dalam bentuk uap). Secara umum, reservoir air ini disebut hidrosfer.

Sumber air selama pembentukan hidrosfer masih kontroversial. Bagaimanapun, ketika permukaan bumi telah mendingin hingga T< 100°С, водяные пары, дегазирующиеся из мантии, сконденсировались.

Lautan terbentuk sekitar 3,8 · 10 9 tahun yang lalu, terbukti dengan umur batuan sedimen yang terendam di lautan.

Sangat sedikit uap air yang menembus ke luar angkasa dari atmosfer, karena pada ketinggian sekitar 15 km, suhu rendah menyebabkannya mengembun dan jatuh ke level yang lebih rendah. Sangat sedikit air saat ini sedang degassed dari mantel. Jadi, setelah fase utama degassing, volume total air di permukaan bumi sedikit berubah seiring waktu geologis.

Peredaran antara reservoir air di hidrosfer disebut siklus hidrologi.

Meski volume uap air yang terkandung di atmosfer kecil (sekitar 0,013 10 6 km3), air terus bergerak melalui reservoir ini. Ia menguap dari permukaan lautan (0,423 10 6 km 3 / tahun) dan daratan (0,073 10 6 km 3 tahun) dan diangkut dengan massa udara (0,037 10 6 km 3 / tahun). Meskipun waktu tinggal di atmosfer pendek (biasanya 10 hari), jarak transportasi air rata-rata sekitar 1000 km. Uap air kemudian kembali ke lautan (0,386 10 6 km 3 /tahun) atau ke benua (0,110 10 6 km 3 /tahun) dalam bentuk salju atau hujan. Sebagian besar curah hujan yang jatuh di benua meresap melalui sedimen dan batuan berpori atau patahan, membentuk air tanah (9,5 10 6 km 3); sisa air mengalir di atas permukaan dalam bentuk sungai (0,13 10 6 km 3) atau menguap kembali ke atmosfer.

Cepatnya transportasi air di atmosfer ditentukan oleh masuknya radiasi sinar matahari. Hampir semua radiasi yang mencapai kerak bumi masuk ke dalam penguapan air cair dan pembentukan uap air di atmosfer. Sebagian besar radiasi yang tersisa diserap oleh kerak bumi, dan efisiensi proses ini menurun dengan bertambahnya garis lintang, terutama karena bentuk Bumi yang bulat.