Термин «литосфера» употребляется в науке с середины 19 в., но современное значение он приобрел менее полувека назад. Еще в геологическом словаре издания 1955 г. сказано: литосфера - то же, что земная кора. В словаре издания 1973 г. и в последующих: литосфера… в современном понимании включает земную кору и жесткую верхнюю часть верхней мантии Земли. Верхняя мантия - это геологический термин, обозначающий очень большой слой; верхняя мантия имеет мощность до 500, по некоторым классификациям - свыше 900 км, а в состав литосферы входят лишь верхние от нескольких десятков до двух сотен километров.

Земная кора - внешняя оболочка литосферы. Состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Отличают океаническую и материковую земную кору. В составе первой отсутствует гранитный слой. Максимальная толщина земной коры около 70 км - под горными системами, 30- 40 км - под равнинами, наиболее тонкая земная кора - под океанами, всего 5- 10 км.

Поверхность земной коры формируется за счет разнонаправленных воздействий тектонических движений, создающих неровности рельефа, денудации этого рельефа путем разрушения и выветривания слагающих его горных пород, и благодаря процессам осадконакопления. В результате постоянно формирующаяся и одновременно сглаживающаяся поверхность земной коры оказывается достаточно сложной. Максимальная контрастность рельефа наблюдается только в местах наибольшей современной тектонической активности Земли, например на активной континентальной окраине Южной Америки, где перепад уровней рельефа между Перуано-Чилийским глубоководным желобом и вершинами Анд достигает 16- 17 км. Значительные контрасты высот (до 7-8 км) и большая расчлененность рельефа наблюдаются в современных зонах столкновения континентов, например в Альпийско-Гималайском складчатом поясе.

В обоих этих случаях предельные перепады высот рельефа определяются не только интенсивностью тектонических деформаций земной коры и скоростью ее денудации, но и реологическими свойствами коровых пород, переходящих под влиянием избыточных и нескомпенсированных напряжений в пластичное состояние. Поэтому крупные перепады рельефа в гравитационном поле Земли приводят к появлению избыточных напряжений, превышающих пределы пластичности пород, и к пластическому растеканию слишком крупных неровностей рельефа.

Формируют литосферу - земная кора и субстрат, входящий в состав верхней мантии. Границей между земной корой и субстратом служит поверхность Мохоровичича, при пересечении которой сверху вниз скачкообразно увеличивается скорость продольных сейсмических волн. Пространственное (горизонтальное) строение литосферы представлено её крупными блоками - т.н. литосферными плитами.

Литосферные плиты - это крупные жесткие блоки земной коры, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается.

Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами и в основном состоит из дунитов и гарцбургитов.

Литосфера под континентами значительно холоднее, мощнее и, видимо, разнообразнее. Она не участвует в процессе мантийной конвекции, и претерпела меньше циклов частичного плавления. В целом она богаче несовместимыми редкими элементами. В её составе значительную роль играют лерцолиты, верлиты и другие богатые редкими элементами породы.

Литосфера расколота примерно на 10 больших плит, самые крупные - Евразийская, Африканская, Индо-Афстралийская, Американская, Тихоокеанская, Антарктическая. Литосферные плиты движутся с возвышающейся на них сушей. В основе теории движения литосферных плит - гипотеза А. Вегенера о дрейфе континентов.

Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. С другой стороны, разделение земной коры на плиты не однозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Движение литосферных плит обусловлено перемещением вещества в верхней мантии. В рифтовых зонах оно разрывает земную кору и расталкивает плиты. Большинство рифтов находится на дне океанов, где земная кора тоньше. На суше крупнейшие рифты расположены в районе Великих Африканских озер и озера Байкал. Скорость движения литосферных плит - -1-6 см в год.

При столкновении литосферных плит на их границах образуются: горные системы, если в зоне столкновения обе плиты несут материковую кору (Гималаи), и глубоководные желоба, если одна из плит несет океаническую кору (Перуанский желоб). С этой теорией согласуется предположение о существовании древних материков: южного - Гондваны и северного - Лавразии.

Границы литосферных плит - это подвижные области, где происходят горообразование, сосредоточены области землетрясений и большинство действующих вулканов (сейсмические пояса). Самые обширные сейсмические пояса - Тихоокеанский и Средиземноморского - Трансазиатский.

На глубине 120-150 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называется астеносферой. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде.

В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы. Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах-базальты. Верхний слой литосферы - это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из окислов кремния и алюминия, окислов железа и щелочных металлов.

Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, на глубине не большее нескольких метров. Грунты - органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. Современные грунты являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности биоты ее микроорганизмов и грибов). Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва.

Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: О, Si, Аl, Fe, Са, Мg, Na, К.

2. Ареал обитания организма. Факторы, определяющие протяженность ареала

Географический ареал это часть земной поверхности (территории или акватории), на которой постоянно встречаются популяции определенного вида организмов. Ареал представляет собой трехмерное географическое пространство, определяемое не только долготно-широтными характеристиками, но и высотой (особенно в горных системах) или глубиной (в водной среде) распространения организмов.

Установление границ и размеров ареалов не составляет особых трудностей, если организмы лишены возможности активно перемещаться (растения) либо ведут оседлый образ жизни на какой-нибудь ограниченной по площади территории (некоторые животные). В таком случае речь идет о простых ареалах.

Среди животных много видов, которые в различные периоды жизненного цикла или в разные сезоны меняют область распространения. Подобные миграции обычно среди птиц и млекопитающих. Область размножения и область зимовок вместе с миграционным путем в совокупности является единым сложным ареалом. Образование сплошных ареалов можно объяснить, исходя из биогеографических воззрений Ч. Дарвина, в соответствии с которыми вид возник в одном месте. Его расселение в пространстве не ограничено до тех пор, пока не встречаются непреодолимые препятствия -- географические барьеры (большие водные участки суши, горные системы, климатические различия и. т.д.), определяющие границы ареала.

Первичный ареал, т. е. тот, в котором происходит становление вида, является сплошным. Впоследствии, при изменении условий существования (возникновение молодых горных систем и акваторий, изменение климата и т.д.), сплошной ареал превращается в разорванный (дизъюнктивный). В случае, когда не граничащие друг с другом участки заселены одной и той же формой вида, говорят о гомогенной (однородной) дизъюнкции. Разорванные участки, заселенные разными подвидами одного вида, разными видами одного рода или разными родами одного семейства, образуют гетерогенные (разнопородные) дизъюнкции. Гомогенные разрывы ареала в возрастном отношении обычно моложе гетерогенных.

Площадь ареала может быть сопоставима с площадью почти всей суши или ограничиваться небольшим участком. Правильные представления о размерах ареала позволяет получить нанесение его на карту. При этом ареал очерчивают сплошной линией, которая соединяет крайние точки местоположения таксономических категорий. Если на карте нельзя показать ареал и его отдельные дизъюнкции небольшой размерности, то применяют различные условные обозначения, чаще всего точки, которые используются и для отражения неравномерности распределения особей по территории ареала: скопление точек свидетельствует о наибольшей плотности.

В зависимости от размеров выделяют ареалы от узколокальных до космополитических. Узколокальные характерны для видов, имеющих крайне ограниченную площадь распространения, например для нелетающих видов насекомых. Так, жужелицы-бомбардиры обитают на Кавказе в пределах одного-двух хребтов или встречаются на одной горе. Наиболее узки ареалы у троглобионтов -- обитателей пещер. Современный ареал гаттерии, или туатары, включает 13 мелких безводных скалистых островков в заливе Пленти у берегов Новой Зеландии.

Локальный ареал по площади несколько больше узколокального, субрегиональный больше локального и меньше регионального. Если вид распространен по всей территории региона, его считают трансрегиональным. Под регионом в данном случае понимают определенную крупную территориальную единицу, как правило, на одном материке. Более широкие ареалы, включающие регионы, расположены на нескольких, но не более чем на трех, материках, называют поли- или мультирегиональными. К полирегиональным относятся ареалы следующих представителей флоры Евразии: евроазиатские виды в пределах умеренной зоны Евразии; евросибирские виды, встречающиеся по всей Европе, в Западной и Восточной Сибири до Дальнего Востока; евросибирско-аралокаспийские виды, распространенные в Европе, Западной и Восточной Сибири, Средней Азии от Туранской низменности на севере до горных систем на юге; европейско-малоазиатские виды, растущие кроме Европы в Малой Азии. Для наименования полирегионального ареала используют названия регионов, в которых обитает вид, род и т. д.

Для таксономических категорий, обитающих не менее чем на трех материках, характерны космополитические ареалы. Они свойственны обычно водным и болотным растениям, нередко распространяемым перелетными птицами (тростник, ряска, рогоз и др.), сорным травам, многим морским животным и некоторым насекомым. Космополитические ареалы часто ограничиваются широтными пределами и присущи организмам, имеющим распространение в определенных физико-географических поясах или природных зонах. На суше это циркумконтинентальные, на океанических и морских акваториях -- циркумокеанические ареалы. С умеренным поясом связаны циркумконтинентальные ареалы умеренных широт (в частности, циркумбореальные хвойных лесов умеренного пояса, циркумсубтропические и т. д.) и тропических (циркумтропические ареалы между северным и южным тропиками). Циркумконтинентальными прерывистыми ареалами в умеренных широтах обладают очень немногие виды.

Циркумполярные ареалы на суше охватывают зоны арктических пустынь, тундр и лесотундр. Биполярные характерны для организмов, обитающих в циркумполярных областях Северного и Южного полушария. Некоторым организмам свойственны биполярные разрывы ареалов, когда эти организмы присутствуют в умеренно холодных широтах Северного и Южного полушария, но отсутствуют в приполярных областях. Особенно примечательны биполярные циркумконтинентальные разъединения растений, не встречающихся в тропических широтах. Так, род вороника (Empetrum) широко распространен в умеренных широтах Евразии и Северной Америки (вороника черная) и на юге Южной Америки, включая Огненную Землю, Фолклендские острова и острова Тристан-да-Кунья и Гоф в южной части Атлантического океана (вороника красная). Североамериканским и европейским букам (Fagus) соответствует близкий им род южных буков (Nothofagus), являющихся основными лесообразующими породами антарктической части Южной Америки, Западной Австралии, Тасмании, Новой Зеландии, Новой Гвинеи и Новой Каледонии. Биполярное распространение характерно также для некоторых видов сфагновых мхов, тимофеевки (Phleum), примулы (Primula), ясколки (Cerastium) и других растений.

Границы ареала могут быть постоянными (стативными) и подвижными (транзитивными). В свою очередь, подвижные границы подразделяются на расширяющиеся (прогрессивные), сужающиеся (регрессивные) и пульсирующие.

Постоянные границы ареала имеют место в тех случаях, когда вид или род достиг естественных границ своего распространения и его дальнейшее расселение невозможно. Они могут быть климатическими, эдафическими и конкурентными. За пределами постоянных границ климатические и эдафические условия неблагоприятны для существования организмов какой-либо таксономической принадлежности. Наличие конкурентных границ связано с ограничением дальнейшего расселения организмов по причине постоянства межвидовых конкурентных отношений с соседствующими видами. Среди постоянных границ ареала выделяют также непроходимые (импедитные), через которые невозможно механическое проникновение видов (например, разные жизненные среды).

Расширение ареала имеет место только в том случае, если вид не достиг естественных границ. Сужающиеся ареалы существуют лишь в пределах территорий, на которых организмы определенной таксономической категории не обеспечены ресурсами для жизнедеятельности. Пульсация ареала связана с изменением климатических и других природных условий на его границах. Таким образом, ареалы могут быть простыми и сложными, сплошными и разорванными, а также различной площади, с постоянными и переменными границами. Ареалы являются важнейшей географической характеристикой вида, рода и других таксономических категорий организмов. Они -- один из основных исследуемых биогеографией объектов.

Нужно понимать, что границы ареала видов непостоянны, а их изменения связаны с изменением среды обитания животных, расселением на новых территориях, конкуренцией с другими организмами и многими другими факторами. Некоторые виды животных, в том числе и человек, имеют огромные ареалы и распространены практически всюду на Земле. Вместе с человеком проникли на все материки и его ближайшие спутники -- например, собака, крыса, воробей, многие паразиты. В то же время ареалы многих видов животных чётко ограничены. Одними из главных факторов, ограничивающих распространение видов, служат климатические факторы.

Так, распространение рифообразующих кораллов возможно при температуре 20' С, и если мы встречаем в Заполярье ископаемые коралловые полипы, то это говорит нам о существовании здесь в прошлые геологические эпохи тёплых морей, наряду с животными, имеющими широкие ареалы некоторые виды встречаются на очень ограниченных территориях. Для рыб это может быть один-единственный ручей, для птиц -- остров, а для насекомых -- замкнутая горная котловина. Некоторые животные имеют так называемые разорванные ареалы, что характерно для горных видов и обитателей пещер. Единый ареал для них невозможен по экологическим причинам. Нередко раздробленность ареала связана с историческими условиями формирования земной поверхности. Для Евразийского континента многие разрывы ареалов животных объясняются длительным воздействием ледниковых эпох, что создавало неблагоприятные условия для жизни видов. Например, современный разрыв ареала голубой сороки, встречающейся на Пиренеях и в Юго-Восточной Азии, вероятно, связан с оледенением.

3. Пути сокращения сбросов загрязняющих веществ в водные объекты

Хозяйственная деятельность человека в значительной мере связана с добычей и переработкой полезных ископаемых, химическим синтезом и использованием для этих целей, как и для удовлетворения бытовых нужд и транспортного обслуживания промышленности и сельского хозяйства, все возрастающего количества энергии. В промышленных процессах в огромных количествах используется вода, причем в большинстве случаев вода, выходящая из производственного цикла, несет большое количество примесей. Большая часть этих примесей, попадая в природные водоемы, способна сделать воду совершенно непригодной для жизни.

Антропогенные загрязнения вод различны по объемам степени вредности для человека и экосистем. Значительную часть их составляют стоки промышленных предприятий. В них содержатся минеральные частицы, и растворимые неорганические соединения, и органические вещества. Многие из них, синтезируемые в химических производствах, никогда не встречались в природе и не входят в циклы естественного обмена элементов.

Еще одна категория весьма опасных загрязнителей почв и вод - тяжелые металлы. Фоновое содержание их в природной среде настолько мало, что большинство таких элементов, как ртуть, свинец, кадмий, хром и многие другие обнаруживаются лишь в следовых количествах или вообще не обнаруживаются самыми чувствительными современными методами. Антропогенные источники опасного повышения содержания тяжелых металлов в почвах и природных водах весьма разнообразны. Это, прежде всего - промышленное производство, в стоках которого часто содержаться соли тяжелых металлов в недопустимо высоких концентрациях. К источникам загрязнения вод тяжелыми металлами можно отнести также транспорт и сельское хозяйство.

Многие тяжелые металлы легко образуют комплексные соединения и связываются с органическими кислотами. В такой слабосвязанной форме они могут накапливаться в почве, слабо вымываясь грунтовыми водами, но оставаясь доступными для корней растений. В водоемах тяжелые металлы накапливаются в донных отложениях также в слабосвязанной форме и при изменениях кислотности и температуры воды вновь переходят в растворимое состояние и мигрируют с током воды иногда на огромные расстояния.

Загрязненные промышленными или бытовыми сбросами воды рано или поздно попадают в почву или в природные водоемы. Природные системы самоочистки не способны уже перерабатывать загрязнения в таких объемах и в таком составе, которые характерны для современных промышленных, сельскохозяйственных и других стоков. В результате во многих случаях, когда не было принято своевременных мер по очистке стоков, многие природные водоемы превратились в своеобразные сточные канавы или отстойники - накопители вредных веществ. Водные экосистемы отравленные избыточными сбросами, лишались растений и животных, способных очищать воду, и необходимы были значительные затраты, чтобы попытаться их восстановить.

Очистка сточных вод от крупных твердых веществ производится на сетках и решетках, от мелких частиц - в гидроциклонах.

Для очистки тонких твердых веществ сточные воды пропускают через фильтры.

Для очистки от мелких частиц нефтепродуктов применяют коагулянты, образующие хлопья, к которым прилипают эти частицы (сорбция). Затем хлопья удаляют в отстойниках или флотаторах с помощью воздушных пузырьков, подхватывающих эти хлопья и выносящих их на поверхность. В качестве коагулянтов используют сульфаты алюминия и железа.

Пароциркулярный метод применяется для очистки загрязненных фенолами сточных вод, которые превращаются в пар, проходящий через раствор щелочи. Выходными веществами являются чистый пар и нелетучий фенолят в растворе , удаляемый углекислотой.

Абсорбционный метод заключается в поглощении загрязненных веществ в небольших количествах - до 0,2 % активированным углем с последующим удалением отгонкой паром.

Биологический метод состоит в очистке от органических веществ в бассейнах, продуваемых воздухом, и образовании массы микроорганизмов, обращающих загрязнения в активный ил (об этом методе подробнее будет рассказано ниже).

Физико-химические методы очистки сточных вод заключаются в экстрагировании органических веществ с применением органических растворителей. Бутилацетат и диизопропиловый эфир в десятки раз лучше растворяют фенол.

Каждое предприятие или цех имеет, как правило, сравнительно небольшой набор вредных веществ, сбрасываемых со сточными водами.

В процессе очистки предусматривают обработку осадка и обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоем.

При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляются до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности - песок, глинистые частицы, окалина, мелкая металлическая стружка и т. д.

Химические и физико-химические методы очистки наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод. К основным химическим способам относят нейтрализацию и окисление.