Entstehung und Entstehung der Hydrosphäre. Erdkruste und Hydrosphäre

Sie ist für Theorie und Praxis von großer Bedeutung, da das Leben gemeinsam mit der Hydrosphäre entstanden ist und eng mit ihr verbunden ist.

Bis Mitte des 20. Jahrhunderts dominierte die Hypothese von „Hot“ und der Hydrosphäre. Sie basierte auf der Theorie des Astronomen P. Laplace (1749 - 1827), der glaubte, dass alle Planeten aus der Sonnenmaterie entstanden sind, die durch die Schwerkraft eines Sterns herausgerissen wurde, der in der Nähe der Sonne flog. Planeten wurden aus Klumpen von Sonnenmaterie gebildet, die dann für lange Zeit abkühlten. Die Erde kühlte ab, bis sich auf ihrer Oberfläche eine Kruste bildete, und erst dann strömten Regen aus der abgekühlten Atmosphäre. Wasser sammelte sich in Vertiefungen und bildete verschiedene Stauseen. Somit war das Alter der Hydrosphäre dem Alter der Erde deutlich unterlegen, und die Entstehung der Hydrosphäre schien ein relativ kurzes Phänomen im Leben des Planeten zu sein. Aber allmählich sammelten sich Fakten, die der Hypothese der "heißen" Bildung der Erde und der Hydrosphäre widersprachen.

Wissenschaftler haben festgestellt, dass in Gegenwart von Feststoffen heiß dicht ist - die Formation ist sehr stabil, wie der Planet Venus beweist, dessen atmosphärische Temperatur etwa 400 ° C beträgt. Darüber hinaus ist er der älteste der auf der Erde entdeckten Felsen ah, dessen Alter etwa 3,8 Milliarden Jahre beträgt, wurden Abdrücke gefunden Einzeller die nur in Gegenwart von flüssigem Wasser existieren könnte. All dies bestätigte die Theorie der "kalten" Bildung von Planeten aus Staub, der sich um die Sonne drehte. In dieser Wolke entstanden Gerinnsel, die zu Embryonen zukünftiger Planeten wurden. Kleine Klumpen wurden von größeren eingefangen, die wuchsen und die Hauptmasse der Staubwolke absorbierten und Planeten bildeten. Nach den Berechnungen eines der Schöpfer dieser Theorie, V. S. Safronov, begann der Prozess der Planetenbildung vor 4,65 Milliarden Jahren.

Die heutige Größe des Planeten, einschließlich der Erde, wurde in 100 Millionen Jahren erreicht. Dann wurde die junge Erde von Rauheit und Kälte beherrscht, über die sich der schwarze Himmel erstreckte. Himmelskörper fielen an die Oberfläche, verursachten jedoch kein Explosionsgebrüll, da die Atmosphäre noch nicht existierte oder sehr dünn war. Durch die Einschläge von Himmelskörpern sammelte sich Wärme in der Dicke des Planeten und die Oberfläche ohne schützende atmosphärische Hülle kühlte ab. Als Himmelskörper auf die Erde trafen, bildete sich eine dicke Regolithschicht - eine Mischung aus Schutt und Staub. Die Oberfläche unseres Planeten bestand daraus. Unter den Himmelskörpern befanden sich Kometen - kosmische Eisformationen. Einschläge von Himmelskörpern auf die Erde "erwärmten" diese von innen. Infolgedessen stürzten schwerere Substanzen in sein Zentrum, während leichte und flüchtige Substanzen an die Oberfläche stiegen. Dieser Prozess lieferte die Hauptwärme zum Erhitzen der Eingeweide des Planeten. Die zusätzliche Wärme entsteht durch radioaktiven Zerfall. Es schmolz die Felsen in den Tiefen des Planeten. Infolgedessen begann durch die auf der Erde gebildeten Öffnungen und riesigen Risse geschmolzenes Wasser auf die Oberfläche zu strömen, und mit ihm ein heißer Kreisel, Wasserdampf, der schnell kondensierte. Dieser Vorgang wird als Entgasung bezeichnet. Es begann vor 4 Milliarden Jahren, wie die ältesten Gesteine ​​der Erde beweisen. Die Atmosphäre verdankt ihre Entstehung der Entgasung, die auch heute noch auf unserem Planeten anhält. Ab dem Moment des Magmaausflusses und der Entgasung wird geologischen gezählt. Diese Periode gilt als Beginn der Bildung der Hydrosphäre. Die jüngste Entdeckung von Wasser in molekularer Form in kosmischen Staubwolken sowie Eispartikeln bedeutet ihre Anwesenheit in der ursprünglichen Materie der Erde, deren Masse durch den Fall von Kometen wieder aufgefüllt wurde. Es ist möglich, dass während der Einschläge von Himmelskörpern bereits in vorgeologischer Zeit Eispartikel schmolzen und Wasser an die Oberfläche des Planeten gedrückt wurde. Gleichzeitig füllte es die Poren des Regoliths, der die Erdoberfläche bedeckte. Somit könnte die Bildung der Hydrosphäre bereits in der prägeologischen Periode des Lebens unseres Planeten beginnen.

Die Atmosphäre entstand während der Anfangsperioden der Bildung der Erdkruste. Es gibt zwei Hypothesen für seine Entstehung. In der ersten wird die Atmosphäre als Derivat des Urmaterials angesehen, das von den vereinfachten Flüssigkeiten übrig geblieben ist, die einst die geschmolzene Erde umrahmten. Nach der zweiten Hypothese wird die Atmosphäre als sekundäre Formation betrachtet, die während der Freisetzung von freiem Material entstanden ist chemische Elemente und Verbindungen aus Lava, die auf der Erdoberfläche ausbrach. Dank dieser Lava entstand die primäre Erdkruste. Die meisten Wissenschaftler halten an der zweiten Hypothese der Entstehung der Atmosphäre fest, weil sie glauben, dass ansonsten jede Primäratmosphäre in einem frühen Stadium der Erdentwicklung relativ schnell an sie verloren gehen würde.

Somit kann bedingt davon ausgegangen werden, dass die Produkte der Verhüttung von Gesteinen der Erdkruste, des Erdmantels und des Erdkerns als Quelle der Substanzen dienten, aus denen die Primäratmosphäre besteht. Es wird angenommen, dass sie anoxisch war. Der führende amerikanische Geochemiker G. Urey schlug vor, dass die Atmosphäre aus einer Mischung aus Wasserdampf, Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff bestehen könnte. Der englische Geochemiker P. Cloud glaubt, dass in der frühen Atmosphäre Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoff, Chlorwasserstoff, Wasserstoff und Schwefel vorherrschten. Folglich bestand die Atmosphäre nur aus flüchtigen und leichten gasförmigen Stoffen, die zur Zeit der Erdentstehung Bestandteil fester Materie waren. Freies Wasser existierte nicht, es war in Hydroxiden gebunden, Stickstoff in Nitriden und möglicherweise in Nitriten, Sauerstoff in Metalloxiden, Kohlenstoff in Karbiden und Karbonatiten usw.

Die Zunahme der Dicke der Atmosphäre und die Entstehung der Hydrosphäre werden durch die Freisetzung von Wasserdampf und Gasen aus den Gesteinen des oberen Mantels während intensiver vulkanischer Prozesse erklärt. Tatsächlich enthalten die beim Ausbruch moderner Vulkane freigesetzten Gase eine große Menge Wasserdampf. Beispielsweise enthalten während des Ausbruchs von Vulkanen des hawaiianischen Typs * Gase mit einer Temperatur von 1000-1200 ° C etwa 80% Wasser und weniger als 6% Kohlendioxid. Auch gefunden signifikante Menge Chlor (40%), Methan (bis zu 3-5%) und Ammoniak. Aus Laven bei hohen Temperaturen werden neben Wasserdampf auch Verbindungen wie Bor-, Salz- und Flusssäure, Schwefelwasserstoff usw.

* (Vulkane vom hawaiianischen Typ sind durch das Ausströmen von beweglichem, gasarmem Basaltmagma gekennzeichnet; Einfrieren ist langsam.)

Basierend auf der chemischen Analyse von Gasblasen in Quarziten des katarchischen und archaischen Zeitalters versuchte der sowjetische Lithologe Yu P. Kazansky, die Zusammensetzung der antiken Atmosphäre zu bestimmen. Seiner Meinung nach hatte die Atmosphäre im Archäikum und im Katarchäikum eine Stickstoff-Ammoniak-Kohlendioxid-Zusammensetzung. Es enthielt neben dem überwiegenden Kohlendioxid (bis zu 60 %) Stickstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefelgas, Salz- und Flusssäuredämpfe. Die primäre Atmosphäre war ziemlich verdünnt, ihre Temperatur Erdoberfläche unterschied sich wenig von der Temperatur des sogenannten Strahlungsgleichgewichts*. Verhältnismäßig niedrige Temperatur zur Kondensation von Wasserdampf aus vulkanischen Gasen beigetragen. So verwandelte sich Wasserdampf in eine Flüssigkeit, die, nachdem sie die abgesenkten Bereiche besetzt hatte, zur Bildung der Hydrosphäre führte.

* (Die Temperatur des Strahlungsgleichgewichts wird durch das Verhältnis des von der Erdoberfläche absorbierten Sonnenwärmeflusses zum von der Erdoberfläche ausgehenden (reflektierten) Strahlungsfluss bestimmt. Letztere ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur dieser Oberfläche.)

Ein Beweis für das Vorhandensein der Hydrosphäre nicht nur im Archäikum, sondern sogar im Katarchäikum ist die Entdeckung der ältesten Sedimentgesteine ​​in Grönland und auf der Erde Südafrika, dessen Alter auf 3,8 Milliarden Jahre geschätzt wird. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass dies das Zeitalter der Metamorphose ist und folglich der Zeitpunkt ihrer Entstehung noch früher sein sollte.

Bei der Beschreibung der Zusammensetzung des Primärozeans muss auf zwei Quellen des Eintrags gelöster Verbindungen eingegangen werden. Dies sind einerseits in Wasser gelöste atmosphärische Gase und andererseits Salze und Verbindungen, aus denen Gesteine ​​bestehen, die auf der Erdoberfläche in alten Primärkontinenten freigelegt sind. Kohlen- und andere Säuren, Schwefel, Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die aus der Atmosphäre in das Wasser des Ozeans übertragen wurden, verursachten einen hohen Säuregehalt des alten Ozeanwassers. Hohe Aggressivität natürliche Gewässer trugen zur intensiven Zersetzung von an der Erdoberfläche freigelegten Vulkangesteinen und der verbesserten Gewinnung von Alkalien und Erdalkalielementen und -verbindungen aus ihnen bei. Im Laufe der Zeit nahm der Anteil der letzteren zu, gleichzeitig nahm der Säuregehalt des Ozeanwassers ab und das Säure-Basen-Gleichgewicht stellte sich relativ schnell ein.

„Alle Anionen des Meerwassers entstanden durch Entgasung des Mantels, also der Entgasung, und die Kationen – während der Gesteinsverwitterung“, so eine der Hauptthesen des berühmten Geochemikers, Akademiker A.P. Vinogradov. Tatsächlich ist der Gehalt an Anionen wie Chlor und Brom im Meerwasser zehn- und hundertmal höher als der Gehalt in Gesteinen. Folglich könnten sie nur durch Ausgasen des Mantels entstanden sein. Auf dieser Grundlage ist davon auszugehen, dass der Salzgehalt des Primärozeans nahe an der Moderne gelegen haben sollte, obwohl der Gehalt an Kationen sehr unterschiedlich sein konnte und sich erst mit zunehmender Zerstörung und Auflösung des Gesteins der Primärkontinente der Moderne näherte.

Die Abwesenheit von Sauerstoff in der alten Atmosphäre und im Ozean wird durch das Vorhandensein von belegt in großen Zahlen nicht nur in magmatischen, sondern auch in Sedimentgesteinen von Elementen und Verbindungen, die keiner Oxidation unterzogen wurden. So gibt es beispielsweise in den Karbonatfelsen der Katharer viele unveränderte Pyrit- und Uraninitkörner und keinen oxidierten Schwefel. Alle diese Gesteine ​​zeichnen sich durch ein großes Verhältnis von Eisen zu Oxid aus.

Denn freier Sauerstoff in der Atmosphäre lange Zeit war nicht, der Ozonschutz fehlte. Die Atmosphäre passierte leicht die ultraviolette Strahlung der Sonne. Unter solchen Bedingungen konnte von der möglichen Existenz lebender Organismen an Land keine Rede sein. Unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung in den Gewässern der Meere und Ozeane komplex organische Verbindungen bis hin zu den Aminosäuren. Begünstigt wurde dies möglicherweise durch die relativ hohe Temperatur der Erdoberfläche, da die Sättigung der Atmosphäre mit Kohlendioxid zur Verzögerung der Wärmestrahlung beitrug.

Freier Sauerstoff wurde zunächst für die Oxidation von Ammoniak verbraucht und dabei freier Stickstoff freigesetzt. Methan und Kohlenmonoxid wurden zu Kohlendioxid oxidiert, von dem das meiste in den Ozean gelangte. Schwefel und Schwefelwasserstoff wurden zu schwefelhaltigem und schwefelsaurem Anhydrit oxidiert. Karbonat- und Sulfat-Karbonat-Sedimente wurden im Ozean abgelagert, und Meerwasser wurde zu Chlorid-Karbonat-Sulfat.

Das Auftreten der Hydrosphäre und der Atmosphäre war ein sehr wichtiger qualitativer Meilenstein in der Erdgeschichte. Ihre Entwicklung komplizierte und differenzierte die in der Antike ablaufenden Prozesse. geografische Hülle. Erdkruste, gingen die Hydrosphäre und die Atmosphäre durch den Austausch von Energie und Stoffen in eine komplexe Beziehung. Die Prozesse der Umwandlung von Gesteinen auf der Erdoberfläche fanden aktiv statt. In einer sauerstofffreien Atmosphäre verlief der Verwitterungsprozess in einer Umgebung mit erhöhten Temperaturen und einem hohen Säuregehalt natürlicher Gewässer und der Atmosphäre auf sehr eigenartige Weise.

Erst im frühen Proterozoikum wurde die Atmosphäre laut Yu P. Kazansky zu Sauerstoff-Stickstoff-Kohlendioxid. Dies wird durch das Vorhandensein nicht nur dicker Schichten von Jaspiliten bestätigt, d. H. Gesteinen, die aus Quarz und Eisenoxid - Hämatit bestehen, sondern auch von verschiedenen rot gefärbten Gesteinen, deren Pigmentsubstanz aus Eisenoxid besteht. Diese Gesteine ​​konnten sich nur in Gegenwart von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre bilden. Allerdings existierten im Proterozoikum neben oxidativen auch reduzierende Bedingungen.

Die Hauptgase der Atmosphäre waren Kohlendioxid, Ammoniak, Stickstoff, und die Begleitgase waren Sauerstoff, Schwefelsäureanhydrit, Schwefelwasserstoff, Salz- und Flusssäuredämpfe, Methan. Im Vergleich zu Archaean hat die Gesamtmenge an Säuren stark abgenommen. Während des gesamten Proterozoikums bestand ein Trend zur Abnahme der Dämpfe von Säuren, Methan, Schwefelverbindungen und Ammoniak. Gleichzeitig nahm die Gesamtmenge an Stickstoff in der Atmosphäre weiter zu.

Es gibt einen anderen Standpunkt zum Auftreten von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre. Nach den Berechnungen von L. Berkner und J. Marshall wurde sein Gehalt in der Atmosphäre in einem Tausendstel der modernen (dem sogenannten Urey-Punkt) vor etwa 1,2 Milliarden Jahren erreicht, also in der Mitte des Riphean. Viele paläontologische und geochemische Materialien stimmen gut mit dieser Schlussfolgerung überein.

Das Vorhandensein von freiem Sauerstoff, selbst in geringen Mengen, begünstigte die Entstehung von sauerstoffverbrauchenden Organismen, deren Überreste in proterozoischen Gesteinen gefunden wurden.

Biologisch gesehen ist das kritische Niveau des Gehalts an freiem Sauerstoff der sogenannte Pasteur-Punkt, als die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre ein Hundertstel der modernen betrug und die Organismen anstelle der anaeroben Fermentation begannen, einen effizienteren Energieverbrauch zu nutzen - die Atmungsoxidation . Nach den Berechnungen von L. Berkner und L. Marshall wurde dieses Niveau vor etwa 600 Millionen Jahren erreicht. Zu dieser Zeit gab es eine ökologische Explosion - die Massenverbreitung von Tieren fast aller derzeit bekannten Arten.

Die Menge an Kohlendioxid hängt eng mit der Änderung des Sauerstoffgehalts in der alten Atmosphäre zusammen. Kohlendioxid gelangte als Produkt der Mantelentgasung in die Atmosphäre und dann in die Hydrosphäre. Es entstand als Ergebnis der Wechselwirkung von Granit mit Wasser während hohe Temperaturen, Zersetzung von Karbiden, Hochtemperaturdissoziation von Karbonatiten sowie durch die Oxidation von Methan und vor allem als Produkt, das bei Vulkanausbrüchen freigesetzt wird.

Kohlendioxid wurde aufgrund von aus der Atmosphäre und Hydrosphäre entfernt chemische Reaktionen(Bildung von Karbonaten) oder biologisch, als riesige Mengen davon für die Bildung der Skelette von Organismen aufgewendet wurden.

Daher ist sehr wenig über Karbonatgesteine ​​im Katarchäischen und Archäischen Zeitalter bekannt. Erst im frühen Proterozoikum, als Sauerstoff in der Atmosphäre auftauchte und Meerwasser zu Chlorid-Karbonat wurde, begann ihr Volumen zuzunehmen. Der hohe Kohlendioxidgehalt im Meerwasser und die hohe alkalische Reserve des letzteren sorgten für die Bildung mächtiger Kalkdolomit- und Dolomitschichten.

Am Ende des Proterozoikums nahmen die im Meerwasser gelöste Kohlendioxidmenge und ihre Konzentration in der Atmosphäre ab, aber all dies ist mit einer Zunahme der Kohlendioxidaufnahme durch Algen während der Photosynthese verbunden. Meerwasser nahm einen Chlorid-Sulfat-Charakter an und die Umgebung wurde neutral, was anscheinend zum Auftreten eines festen Skeletts in Organismen führte.

Bildung der Erdkruste und Atmosphäre

Erdkruste, Hydrosphäre und Atmosphäre sind hauptsächlich durch die Freisetzung von Stoffen aus dem oberen Mantel der jungen Erde entstanden. Durch diese Prozesse entstand eine Gesteinshülle mit einer Dicke von weniger als 0,0001 % des Volumens des gesamten Planeten. Die Zusammensetzung dieser Schale, die die kontinentale und ozeanische Kruste bildet, hat sich im Laufe der Zeit hauptsächlich durch die Sublimation von Elementen aus dem Mantel als Folge einer teilweisen Schmelzung in einer Tiefe von etwa 100 km entwickelt. Durchschnitt chemische Zusammensetzung moderne Kruste (Abb. 1) zeigt, dass Sauerstoff in der größten Menge darin enthalten ist, kombiniert in verschiedene Typen mit Silizium, Aluminium und anderen Elementen zu Silikaten.

erde atmosphäre leben photosynthese hydrologisch

Reis. eines.

Es ist anzunehmen, dass durch Vulkanausbrüche, die mit der Bildung der Kruste einhergingen, flüchtige Elemente aus dem Mantel freigesetzt (ausgegast) wurden. Einige dieser Gase blieben haften und bildeten die Atmosphäre, als die Oberflächentemperaturen so niedrig wurden, dass die Anziehungskraft stark genug war.

Abb.2.

Die Entwicklung der Atmosphäre und der Ursprung des Lebens

Die Akkretion der Erdmaterie führte zu ihrer vorübergehenden Erwärmung und Lichtmolekülen primäre Atmosphäre, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, die im Weltraum verstreut sind. Die anschließende Temperaturabsenkung durch starke Wärmestrahlung führte zur Bildung einer festen Kruste. Aktiver Vulkanismus störte diesen Prozess, lieferte aber gleichzeitig große Mengen an Gasen, aus denen sich bildete zweitrangig Atmosphäre. Neben H 2 waren noch viele andere Gase darin, wie CH 4, NH 3 und H 2 O (Abb. 3).

Reis. 3.

Neben Wasserdampf existierte bereits der Urozean, bestehend aus flüssigem Wasser. Es entstand wenig Kohlendioxid H 2 CO 3 , da es durch in der Erdkruste enthaltene Fe 3+ -Verbindungen reduziert wurde. Vor ungefähr 1 Milliarde Jahren reduzierte sich die Atmosphäre, es gab Möglichkeiten für die Prozesse der abiogenen Bildung und Akkumulation vieler Verbindungen.

Die reduzierende Sekundäratmosphäre wurde stark beeinflusst Energie fließt: kurzwellige ultraviolette Strahlung, ionisierende Strahlung Sonne (jetzt durch die Ozonschicht abgeschirmt), elektrische Entladungen (Gewitter, Koronaentladungen), lokale Wärmequellen vulkanischen Ursprungs. Unter diesen Bedingungen aktiv chemische Synthese, bei dem aus den Gasen der Sekundäratmosphäre über Zwischenprodukte wie Blausäure, Ethylen, Ethan, Formaldehyd und Harnstoff zunächst Monomere und dann Polymere entstanden. Da keine Oxidation stattfand, wurden die Reservoirs angereichert Aminosäuren, Purin- und Pyrimidinbasen, Zucker, Carbonsäuren, Lipide. Gebildet " Urbrühe". Die Prozesse der Ausfällung, Trennung und Adsorption fanden statt und auf den Oberflächen von Mineralien (Ton, heiße Lava) - weitere synthetische Prozesse (Abb. 4). Dies wird durch die Ergebnisse der Analyse alter terrestrischer chemischer Fossilien und deren Vergleich mit extraterrestrischer organischer Materie (Meteoriten) sowie durch zahlreiche Modellversuche bestätigt, die gezeigt haben, dass in einem Gasgemisch, das die Atmosphäre nachbildet, bei ausreichendem Zufluss von Energie, finden die Prozesse der Synthese organischer Substanzen wirklich statt. Unter den Produkten dieser Synthese wurden die wichtigsten biologisch wichtigen Verbindungen gefunden, darunter 14 Aminosäuren, Purine und Pyrimidine, Zucker, AMP , ADP, ATP, Fettsäure und Porphyrine.

Als der Verlust von H 2 in den Weltraum zunahm, a Tertiär- eine Atmosphäre, die große Mengen an N 2 (aus NH 3), CO 2 (aus vulkanischen Gasen und aus CH 4) und Wasserdampf enthält.

Reis. vier.

Vor etwa 3,5 Milliarden Jahren schienen Chlorophyll-tragende Organismen in der Lage zu sein, Photosynthese zu betreiben, d.h. unter Nutzung einer exogenen Energiequelle (Sonnenstrahlung) alle für das Leben notwendigen organischen Substanzen aus Kohlendioxid, Wasser und mineralischen Elementen zu synthetisieren. Diese Organismen wandelten Sonnenenergie in biochemische Energie um.

CO 2 (g) + H 2 O (l) > CH 2 O (tv) + O 2 (g) (1)

Die „Erfindung“ der Photosynthese trug zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre und zur Bildung moderner, Quartär Atmosphäre.

In der Erdatmosphäre wurde Sauerstoff ursprünglich durch die Zersetzung von Wasser und Wasserdampf unter der Einwirkung der ultravioletten Strahlen der Sonne angesammelt. Zunächst wurde Sauerstoff (O 2 ) im Prozess der Oxidation von reduzierten Substanzen und Mineralien schnell verbraucht. Es kam jedoch der Moment, in dem die Aufnahmerate (bereits hauptsächlich im Prozess der Photosynthese) den Verbrauch überstieg und sich O 2 allmählich in der Atmosphäre ansammelte. Vor etwa 500 Millionen Jahren war die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre viel höher als heute, aber in der Folge nahm sie infolge intensiver vulkanischer Aktivität bis heute ab. Die Biosphäre war unter der tödlichen Bedrohung durch ihr eigenes giftiges Nebenprodukt gezwungen, sich an solche Veränderungen anzupassen. Sie tat dies durch die Entwicklung neuartiger biogeochemischer Stoffwechselvorgänge, die die Vielfalt des Lebens auf der modernen Erde unterstützen.

Es wird angenommen, dass das Leben auf der Erde vor etwa 4,2 bis 3,8 Milliarden Jahren in den Ozeanen begann. Die ältesten bekannten Fossilien sind Bakterien aus Gesteinen mit einem Alter von etwa 3,5 Milliarden Jahren. In den Gesteinen dieser Zeit gibt es Hinweise auf einen ziemlich entwickelten Stoffwechsel, bei dem Sonnenenergie zur Synthese organischer Stoffe verwendet wurde. Die früheste dieser Reaktionen basierte wahrscheinlich auf Schwefel (S) aus Vulkanschlote:

CO 2 (g) + 2H 2 S > CH 2 O (tv) + 2S (tv) + H 2 O (l) (2)

(organische Substanz)

Allmählich entstand eine Atmosphäre moderner Komposition. Darüber hinaus durchlief Sauerstoff in der Stratosphäre photochemische Reaktionen, die zur Bildung von Ozon (O 3) führten, das die Erde vor ultravioletter Strahlung schützt. Dieser Bildschirm erlaubt höhere Organismen raus an Land.

Die Entstehung der Atmosphäre ist also untrennbar mit der Entstehung der Erde verbunden. Die Entwicklung der Atmosphäre fand (und findet statt) unter dem Einfluss folgender Faktoren statt:

• Ansammlung von Materie im interplanetaren Raum;
• Freisetzung von Gasen während vulkanischer Aktivität;
• · chemische Wechselwirkung atmosphärischer Gase mit Bestandteilen der Hydrosphäre und Lithosphäre;
• Dissoziation von Gasmolekülen, aus denen Luft besteht, unter dem Einfluss von ultravioletter Sonnenstrahlung und kosmischer Strahlung;
• biogene Prozesse in der lebenden Materie der Biosphäre;
• Anthropogene Aktivität.

Die Hydrosphäre ist die Gesamtheit von allem Wasserteilchen Erde (Ozeane, Meere, Seen, Flüsse, Grundwasser, Sümpfe, Gletscher, Schneedecke).

Das meiste Wasser konzentriert sich im Ozean, viel weniger - im kontinentalen Flussnetz und im Grundwasser. Auch in der Atmosphäre gibt es große Wasserreserven in Form von Wolken und Wasserdampf. Über 96 % des Volumens der Hydrosphäre sind Meere und Ozeane, etwa 2 % - Grundwasser, etwa 2 % - Eis und Schnee, etwa 0,02 % - Oberflächenwasser Sushi. Ein Teil des Wassers befindet sich in festem Zustand in Form von Gletschern, Schneebedeckungen usw Dauerfrost repräsentiert die Kryosphäre. Der Großteil des Eises

befindet sich auf

auf trockenem Land -

So in der Antarktis und

Grönland. Seine Gesamtmasse

ca. 2,42 * 1022 g. Wenn dieses Eis schmilzt, steigt der Pegel des Weltozeans um ca. 60 m. Gleichzeitig werden 10 % des Landes vom Meer überflutet.

Oberflächengewässer nehmen einen relativ geringen Anteil an der Gesamtmasse der Hydrosphäre ein.

Entstehungsgeschichte der Hydrosphäre

Es wird angenommen, dass sich bei der Erwärmung der Erde die Kruste zusammen mit der Hydrosphäre und der Atmosphäre infolge vulkanischer Aktivität gebildet hat - der Freisetzung von Lava, Dampf und Gasen aus den inneren Teilen des Mantels. In Form von Dampf gelangte ein Teil des Wassers in die Atmosphäre.

Bedeutung der Hydrosphäre

Die Hydrosphäre steht in ständiger Wechselwirkung mit der Atmosphäre, der Erdkruste und der Biosphäre. Die Zirkulation des Wassers in der Hydrosphäre und seine große Wärmekapazität gleichen sich aus Klimabedingungen auf verschiedenen Breitengraden. Die Hydrosphäre liefert Wasserdampf an die Atmosphäre Wasserdampf durch Infrarot-Absorption erzeugt eine signifikante Treibhauseffekt erziehen Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche um etwa 40 °C. Die Hydrosphäre beeinflusst das Klima auch auf andere Weise. Es speichert im Sommer große Wärmemengen und gibt sie im Winter nach und nach weicher ab saisonale Schwankungen Temperaturen auf den Kontinenten. Es überträgt auch Wärme aus äquatorialen Regionen in gemäßigte und sogar polare Breiten.

Oberflächengewässer spielen essentielle Rolle im Leben unseres Planeten, da es die Hauptquelle für Wasserversorgung, Bewässerung und Bewässerung ist.

Das Vorhandensein der Hydrosphäre spielte eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde. Wir wissen heute, dass das Leben in den Ozeanen entstanden ist und es Milliarden von Jahren gedauert hat, bis das Land bewohnbar wurde.

Artikel und Veröffentlichungen:

Regelung des Klassenwechselprozesses
Der Prozess des Klassenwechsels findet in Federplaques statt, hauptsächlich in Kuppeln, unter Beteiligung von dendritischen Zellen und Th-Lymphozyten. Es scheint, dass Schlüsselrolle in diesem Prozess spielt, bezogen auf die Synthese von IgA, das Cytokinin TGF-β eine Rolle. Schalter...

Bevölkerung als elementare Einheit des Evolutionsprozesses
Die kleinste evolutionäre Einheit, in der mikroevolutionäre Prozesse ablaufen, ist eine Population. Das Material für die natürliche Selektion sind in der Regel sehr kleine, diskrete Einheiten der Mutationsvererbung. Die Bevölkerung steht unter Druck...

Die Erde ist seit etwa 1 Milliarde Jahren geschmolzen. Weitere Entwicklung Infolge der Differenzierung von Materie im flüssigen Zustand führte dies zur Schichtung des Planeten in Schalen und zur Bildung der Atmosphäre und der Hydrosphäre.

Atmosphäre Die Länder der frühen Phase hatten eine andere Zusammensetzung als jetzt. Es wurde von Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid dominiert. Später entwich ein Teil der Gase in den Weltraum, der andere Teil nahm an oxidativen Prozessen teil, aber die Atmosphäre wurde auch mit Gasen aus dem Erdinneren aufgefüllt. Allein bei Vulkanausbrüchen wurde das 50-fache ihrer Masse an Gasen in die Atmosphäre freigesetzt moderne Atmosphäre. Die ursprüngliche Atmosphäre veränderte sich unter dem Einfluss von Gasen aus der Tiefe, Sonneneinstrahlung, Vegetation, oxidativen Prozessen, Austritt in den Weltraum. An der Wende von 2 bis 2,2 Milliarden Jahren entstand eine Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre, und der Gehalt an Kohlendioxid nahm ab. Der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre beträgt jetzt 0,034 %. Sie hängt von der Austauschrate mit dem Ozean und der Biosphäre ab, die durch Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmt wird.

Hydrosphäre Die Erde erschien nach dem Beginn der Entstehung des Planeten. Aber seit dem frühen Archaikum begann das Wasservolumen erheblich zuzunehmen, und vor 2 bis 2,5 Milliarden Jahren näherte sich sein Volumen dem modernen. Dies wird durch die Gesteine ​​​​dieser Zeit belegt, die in gebildet wurden aquatische Umgebung(Grünstein-Ophiolith-Gürtel, Blauschiefer). Primärozeane entstanden vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren.

Das Wasser des Weltozeans und die Gase der Atmosphäre entstanden durch die Umwandlung des Mantelmaterials und die Bildung und Entwicklung der Erdkruste. Die Hauptzusammensetzung der Atmosphäre ist Stickstoff-Sauerstoff mit einer geringen Menge an Inertgasen und Wasserstoff. Diese Zusammensetzung unterscheidet sich von der vulkanischer Gase. Der Grund dafür liegt in der Veränderung der Atmosphäre z geologische Zeit und beeinflusst durch die Entwicklung des Lebens auf dem Planeten. Die Entstehung des Lebens wird vor 3,6 Milliarden Jahren datiert. In dieser Zeit hat das gesamte Wasser des Weltozeans den biogenen Kreislauf mehr als 300 Mal durchlaufen und freier Sauerstoff mehr als eine Million Mal erneuert. Als Ergebnis der Photosynthese werden jährlich 248 Milliarden Tonnen Sauerstoff produziert, während 341 Tonnen Kohlendioxid verbraucht werden. Außerdem entsteht durch die Photodissoziation von Wasserdampf Sauerstoff. Diese Zahlen zeigen die enorme Rolle lebender Materie bei der Entstehung und Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre im Laufe der geologischen Zeit. Die Verwitterung der Gesteine ​​der Erdkruste wird von Prozessen der Oxidation und Hydratation begleitet. Freier Sauerstoff bindet, stürzt in die Tiefe. In Gesteinen werden während der Metamorphose Reduktionsprozesse beobachtet. Bei diesen Prozessen entstehen Wasser und Kohlendioxid, die Freisetzung von freiem Sauerstoff wird nicht beobachtet.

Das Ausgießen von Basalten an die Erdoberfläche brachte juvenile mineralisierte Wässer und Gase. Basaltisches Magma enthält 7 % Wasser. So wurde die Bildung der Kruste von der Bildung von Wasser und atmosphärischen Gasen begleitet. Folgende Gase kamen herein: CO, CO 2 , CH 4 , NH 3 , S, H 2 S, H 3 BO 3 , HCl, HFe, Ar, He. Jungwässer zerstörten Alumosilikatgesteine, lösten Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Cr und Fe auf. Während des Wasserkreislaufs wurde ein erheblicher Teil der Salze im Ozean zurückgehalten. Gegenwärtig hat sich ein gewisses Gleichgewicht zwischen der Zusammensetzung der Atmosphäre und der Salzzusammensetzung der Hydrosphäre eingestellt, die laufenden Veränderungen sind langsam und werden durch den Verlauf der säkularen chemischen Veränderung unter dem Einfluss physikalisch-chemischer und biologischer Faktoren bestimmt.

Lebende Materie ist nicht nur der Hauptlieferant von Sauerstoff und die Aufnahme von Kohlendioxid. Es konzentriert auch viele andere Elemente: Silizium, Eisen, Phosphor, Mangan und andere. Die Entwicklungsstadien lebender Materie entsprechen Veränderungen in ihrer Beziehung zu verschiedenen Elementen des Periodensystems. So entwickelten sich die primären lebenden Organismen aufgrund oxidativer Prozesse, die nächste Stufe in der Entwicklung lebender Materie nutzte die Photosynthese und erhöhte die Konzentration von Al, Si, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, usw. Lebende Materie hatte und hat also einen enormen Einfluss auf die Migration chemischer Elemente und damit auf die Bildung nicht nur der Zusammensetzung der Atmosphäre, sondern auch auf den Prozess der Umwandlung der Erdkruste, die Bildung von Mineralvorkommen von Eisen-Mangan-Erzen, Öl und Gas, Kohle, Kalkstein, Dolomiten usw. . Die Gesamtmasse der lebenden Materie beträgt jetzt 2420 Milliarden Tonnen.

Das Fehlen von Sauerstoff in der Atmosphäre in der Anfangsphase der Existenz der Erde wird durch das Fehlen von Sauerstoffsalzen in Meeressedimenten belegt: Sulfate, Karbonate und Eisenoxidmineralien. Anschließend ändert sich die Zusammensetzung der Ablagerungen und zeigt das Auftreten von freiem Sauerstoff an. Dies geschah an der Wende vor 3 Milliarden Jahren.

Es wurde auch festgestellt, dass Fluide (Gase und Flüssigkeiten mit gelösten Salzen und Elementen) kontinuierlich aus dem Erdinneren in die Erdkruste und an die Oberfläche gelangen. Dies sind vor allem Helium, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffgase, Wasser. Aber nicht nur Flüssigkeiten dringen in die Erdkruste ein und verändern sie. Als Folge von Differenzierungsprozessen steigen auch schwerere Elemente und Substanzen, ebenso wie sie fallen. Aber dieser Prozess läuft hundert- und tausendmal langsamer ab als bei Flüssigkeiten. Solche Prozesse verursachen Gesteinsmetamorphisierung, Granitisierung, Transformation Ozeanische Kruste zu kontinental und umgekehrt.