лекция на тему: Строение Земли. Понятие о геологической среде. Экологические и ресурсные функции литосферы

 Строение Земли. Земля — одна из восьми планет Солнечной системы (Плутон недавно был исключен из состава планет системы на Международной конференции в Чехии). Земля относится к внутренним твердым планетам в составе Меркурия, Венеры, Земли и Марса, отделенным от внешних газовых планет-гигантов поясом из многих тысяч астероидов. Земля имеет спутник - Луну, которая вместе с Солнцем сильно влияет на многие земные процессы. Радиус Земли равен 6 371 км, а расстояние до Солнца составляет 150 млн км - I астрономическая единица (а.е.) Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см3, в то время как поверхностные породы обладают плотностью 2,2 - 2,8 г/см3, что заставляет предполагать присутствие очень плотных пород в ес центре. Среднее ускорение свободного падения на земной поверхности достигает 981 гал (9,81 м/с2). Полный оборот Земли вокруг Солнца составляет 365,26 сут. при скорости 29,77 км/с, что приводит к некоторому сплющиванию земного шара, и полярное сжатие а = 1/298,25, что равняется 0,3 % (21,38 км) у полюсов. Однако в экваториальном сечении наибольший и наименьший радиусы различаются на 213 м. Следовательно, воображаемая форма Земли представляет собой сфероид, но реальная фигура лучше описывается геоидом - эквипотенциальной поверхностью невозмущенного океана, продолженной на континенты, сила тяжести в каждой точке которой перпендикулярна к ней. Площадь поверхности Земли составляет 510 км2, масса -1,083 • 1012 км3. Самая глубокая скважина на Земле-12 км 224 м, пробурена на Кольском полуострове, недалеко от Мурманска, однако внутреннее строение нашей планеты сейчас хорошо известно благодаря сейсмологическому методу, заключающемуся в прохождении через земной шар объемных волн деформации, возникающих от любого землетрясения или крупного наземного взрыва. Эти волны улавливаются специальными приборами — сейсмографами, и по записям прохождения волн через разные сферы земного шара можно судить о его строении. 

Сверху вниз Земля состоит из целого ряда геосфер, взаимодействующих друг с другом: 

        1) земная кора, 
        2) верхняя мантия, куда включаются литосфера и астеносфера, 
        3) нижняя мантия, 
        4) внешнее ядро,

        5) внутреннее ядро. 

Земная кора ограничивается снизу четкой поверхностью скачка скоростей сейсмических волн, впервые установленной геофизиком А. Мохоровичичем (1909) и получившей его имя: поверхность Мохоровичича, или Мохо, или, совсем кратко, поверхность М. Вторая глобальная сейсмическая граница раздела находится на глубине 2900 км и была выделена в 1913 г. немецким геофизиком Бено Гутенбергом, получившая его имя. Эта поверхность отделяет мантию Земли от ядра. Примечательно, что ниже этой границы поперечные волны (5) исчезают. Так как для поперечной волны скорость определяется как модуль сдвига, деленный на плотность, а модуль сдвига в жидкости и газе равен нулю, то и вещество, слагающее внешнюю часть ядра, должно обладать свойствами жидкости. На глубине 5 120 км снова происходит скачкообразное увеличение скорости волн и появляются волны S, т.е. эта часть ядра твердая. Таким образом, внутри Земли устанавливается три глобальные сейсмические границы, разделяющие земную кору и мантию (граница М), мантию и внешнее ядро (граница Гутенберга), внешнее и внутреннее ядро. Однако на самом деле границ, на которых происходит скачкообразное изменение скорости волн Р и S, больше, и сами границы характеризуются некоторой переходной областью. Сейсмолог К. Буллен, разделив внутреннюю часть Земли на ряд оболочек, дал им буквенные обозначения (рис. 1). 

Рис.1. Скорость сейсмических волн внутри Земли. 

Ниже поверхности М скорости сейсмических волн увеличиваются, но на некотором уровне, различном по глубине под океанами и материками, вновь уменьшаются, хотя и незначительно, причем скорость поперечных волн уменьшается больше. Особенности этого слоя, получившего название астеносфера (от др. греч. астенос - слабый, мягкий), объясняются возможным его плавлением в пределах 1-2 %, что обеспечивает понижение вязкости и увеличение электрической проводимости. Плавление проявляется в виде очень тонкой пленки, обволакивающей кристаллы при Т=+1200 °С. Астеносферный слой расположен ближе всего к поверхности под океанами -от 10- 20 км до 80- 200 км и глубже (80 - 400 км под континентами), причем залегание астеносферы глубже под более древними геологическими структурами. Мощность астеносферного слоя, как и его глубина, сильно изменяется в горизонтальном и вертикальном направлениях. В современных геотектонических представлениях астеносферному слою отводится роль своеобразной смазки, по которой могут перемещаться вышележащие слои мантии и коры. 

Механические свойства. Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой носит название литосфера (от греч. литое - камень). Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки. Плотность Земли - важный параметр, который косвенно помогает оценить сейсмические границы раздела внутри земного шара. Известно, что средняя плотность горных пород на поверхности равна 2,7 -2,8 кг/м3. Как уже отмечалось, средняя плотность Земли 5,52 кг/м3. Расчетные данные показывают, что плотность возрастает с глубиной скачкообразно, как и скорость сейсмических волн. Верхи мантии, сразу под границей М, характеризуются плотностью 3,3 -3,4 кг/м3, т.е. наблюдается резкий скачок. Особенно сильный скачок плотности (от 5,5 кг/м3 в низах мантии до 10—11,5 кг/м3 во внешнем ядре) совпадает с границей Гутенберга, при этом внешнее ядро обладает свойствами жидкости. Плотность во внутреннем ядре остается предметом догадок, но предположительно должна быть от 12,5 до 14,0 кг/м3. Таким образом, изменение и нарастание плотности в целом совпадает с главными сейсмическими разделами в Земле. Отсюда ясно, что средняя плотность 5,5 кг/м3 должна обеспечиваться умеренно плотной мантией и очень плотным ядром, в котором находится 32 % массы Земли (а по объему -16 %). Плотность увеличивается с глубиной в мантии за счет сжимаемости и фазовых переходов при нарастании давления, а не за счет изменения химического состава (рис.2). Давление внутри Земли рассчитывается исходя из той плотности, которая получается при интерпретации сейсмических границ. При этом предполагается, что Земля как планета находится в состоянии гидростатического равновесия. Давление нарастает постепенно, составляя в подошве коры границы М, МПа, - 1 • 103, на границе мантия - ядро-137 • 103, внешнего и внутреннего ядра - 312 • 103 и в центре Земли -361 • 103.

Рис. 2. Схема строения срединно-океанического хребта 

Ускорение свободного падения, как известно, на уровне океана, на широте 45° составляет 9,81 м/с2, а в центре Земли равняется 0. У границы мантия -ядро ускорение свободного падения достигает максимального значения (10,37 м/с2) и с этого уровня начинает быстро падать, получая значение на границе внешнего и внутреннего ядра 4,52 м/с2. Земля обладает внешним гравитационным полем, отражающим распределение в ней масс. Величина силы тяжести зависит от расстояния до центра Земли и от плотности пород. Для геологов очень важно знать закономерности размещения плотностных неоднородностей в земной коре, что позволяют сделать гравитационные аномалии — отклонения от общего внешнего гравитационного поля. Сила гравитации будет, естественно, больше над более плотными массами. Механические свойства вещества Земли на всех уровнях важны для понимания геодинамических процессов. Часть верхней мантии до глубин примерно в 200 км ведет себя в целом как более хрупкая, чем нижняя мантия. Жесткость литосферы оценивается в 1024 нм, и она обладает неоднородностью в горизонтальном направлении. Именно в литосфере, особенно в ее верхней части, образуются разломы. Астеносфера, подстилающая литосферу, также обладает неоднородностью в горизонтальном направлении и изменчивой мощностью. Пониженные скорости сейсмических волн в астеносфере хорошо объясняются плавлением всего лишь 2 - 3 % вещества. Астеносферный слой, по современным представлениям, играет важнейшую роль в тектонической и магматической активности литосферных плит и обеспечивает их изостатическое равновесие, несмотря на то, что сам слой может быть прерывистым, например, отсутствуя под древними докембрийскими платформами. Располагающаяся ниже астеносферного слоя мантия, особенно нижняя, глубже 670 км обладает вязкостью около 1023 Па • с. Эта очень высокая вязкость, тем не менее она не является непреодолимым препятствием для медленных конвективных перемещений мантийного вещества, что подтверждается сейсмической томографией, позволяющей «увидеть» очень незначительные плотностные неоднородности в мантии. Глубже 700 км в мантии не зафиксировано очагов землетрясений, что свидетельствует о невозможности возникновения сколов. Сейсмотомография позволила установить в самых низах мантии примечательный слой D" (от англ. ди-дабл-прайм), верхняя граница которого неровная, мощность изменяется в горизонтальном направлении и этот слой может быть даже частично расплавлен. В верхах нижней мантии обнаружен также слой с пониженной вязкостью, как и астеносферный и, таким образом, в мантии устанавливается три слоя с пониженной вязкостью. Температура в мантии близка к температуре плавления, и поэтому вещество мантии способно к течению, как жидкость с очень высокой вязкостью, а перепад температур таков, что в мантии должна происходить тепловая конвекция. Сейсмотомография дала очень много для выявления неоднородностей в строении мантии Земли. Земной шар, как вращающееся тело, состоящее из целого ряда слоев, является фигурой почти равновесной. Именно так предполагают законы гидродинамики, несмотря на то что Земля является твердым телом, а не жидким. Тонкая оболочка земной коры, составляющая по мощности всего лишь 1/160 радиуса Земли, как мы видели ранее, представляет собой оболочку, отличающуюся на континентах и в океанах как по своей плотности, так и по мощности, причем такое же различие устанавливается и в пределах континентальной коры. Термин изостазия (от греч. стасис — равновесие) означает стремление земной коры к достижению гидростатического равновесия. Это представление лучше всего проиллюстрировать действием известного закона Архимеда. Тяжелое и большое тело будет погружаться в жидкость на большую глубину, чем тело легкое и меньшего размера. Допустим, что в какой-либо жидкости плавают бруски одинаковой ширины и состава, но различные по длине. Тогда над поверхностью жидкости будет подниматься меньшая часть бруска, но которая зависит от его высоты. Одновременно большая часть бруска погружена в жидкость. Чем брусок больше, тем его часть над поверхностью жидкости будет выше, но одновременно и часть бруска, находящаяся ниже поверхности жидкости, погружается в нее на большую глубину. Подобная картина хорошо иллюстрируется айсбергами, огромными ледяными блоками, отколовшимися от ледников. Так же должна вести себя и земная кора. Если на ее поверхности образовались горы высотой 5 - 7 км, то подошва земной коры должна погрузиться в мантию на какую-то величину, чтобы компенсировать возросшую нагрузку. Так появляется «корень» гор (компенсационная масса), или прогиб поверхности Мохоровичича, — подошвы земной коры. Чем горы выше, тем прогиб, или «корень», больше, т.е. он должен глубже вдаваться в верхнюю мантию, плотность которой в среднем 3,3 г/см3, а средняя плотность земной коры 2,8 г/см3. И этот «корень» гор должен в несколько раз превышать высоту горных хребтов над уровнем моря. По существу, в этом и заключается явление компенсации рельефа на глубине. Компенсационная, или изостатическая, поверхность в данном случае представляет собой уровенную поверхность, которая непосредственно касается снизу компенсационной массы. Эту поверхность иначе называют глубиной компенсации. За последний 1 млн лет большие пространства в высоких широтах Северного полушария не менее четырех раз покрывались огромными ледниковыми щитами. Это были так называемые Великие четвертичные оледенения. Последнее из них достигло максимума своего продвижения на юг примерно 20 тыс. лет назад и на Европейской равнине оно оставило конечно-моренные гряды в районе Валдая, поэтому и было названо Поздневалдайским. Центрами, откуда ледник начинал радиально перемещаться, были Скандинавия, Новая Земля, а восточнее — Таймыр. Оледенение такого же возраста, названное Висконсинским, охватило всю Канаду и северную часть США. Мощность ледников в центре щитов составляла 2 — 3 км, а на периферии — первые сотни метров. После максимальной стадии наступания в южном направлении ледник стал быстро таять, отступать, уменьшаться в мощности и около 9 тыс. лет назад последние массы льда уже полностью исчезли. В Фенноскандии, Карелии и на Кольском полуострове сокращение и утонение ледникового покрова вызвало быстрое поднятие территории в виде свода, причем в его центре поднятие было максимальным, достигнув примерно 250 м, а на периферии — гораздо меньше. Воздымание шло быстро, примерно 10— 13 см/год, сразу же после таяния и отступания льда, но впоследствии оно замедлилось и в настоящее время составляет не более 1 см/год. Такая же картина наблюдается и в Северной Америке, где послеледниковое поднятие Канады оценивается в 300 м, а современная скорость поднятия также составляет около 1 см/год, тогда как после снятия ледниковой нагрузки она была значительно больше. Химический и минеральный состав недр Земли. Определение химического и минерального состава геосфер Земли представляет собой сложную задачу, которая во многом может быть решена лишь весьма приблизительно, основываясь на косвенных данных. Прямые определения возможны только в пределах земной коры, горные породы которой неоднородны по своему составу и сильно различаются в разных местах. Средний химический состав горных пород земной коры приведен в табл.1 по данным А. А.Ярошевского, где четко видна разница и составе между континентальной и океанической корой, которая носит принципиальный характер. Верхний слой континентальной коры состоит из гранитов и метаморфических пород, которые обнажаются на кристаллических щитах древних платформ. Нижний слой коры практически нигде не вскрыт, но в его составе должны преобладать основные породы - базиты, как магматические, так и метаморфические. Об этом свидетельствуют геофизические и экспериментальные данные. Тем не менее приведенный средний состав земной коры может быть отнесен только к верхней части земной коры, тогда как состав нижней коры все еще остается областью догадок.

Таблица 1.  Средний химический состав горных пород земной коры

Горные породы, слагающие континентальную кору, несмотря на свое разнообразие, представлены несколькими главными типами. Среди осадочных пород преобладают песчаники и глинистые сланцы (до 80 %), среди метаморфических - гнейсы и кристаллические сланцы, а среди магматических - граниты и базальты. Следует подчеркнуть, что средние составы песчаников и глинистых сланцев близки к средним составам гранитов и базальтов, что свидетельствует о происхождении первых за счет выветривания и разрушения вторых. В океанической коре по массе абсолютно преобладают базальты (около 98 %), в то время как осадочные породы самого верхнего слоя имеют очень небольшую мощность. Самыми распространенными минералами земной коры являются полевые шпаты, кварц, слюды, глинистые минералы, образовавшиеся за счет выветривания полевых шпатов. Подчиненное значение имеют пироксены и роговые обманки. Состав верхней и нижней мантии может быть определен только предположительно, основываясь на геофизических и экспериментальных данных. Верхняя мантия, ниже границы Мохоровичича с наибольшей долей вероятности сложена ультраосновными породами, обогащенными Fe и Mg, но в то же время обеденными кремнеземом. Не исключено, что среди пород верхней мантии много эклогитов, которые образуются при высоких давлениях, о чем свидетельствует появление в них минерала граната, устойчивого при том давлении, которое существует в верхней мантии. Основными минералами вещества верхней мантии являются оливин и пироксены. По мере увеличения глубины твердое вещество мантии скачкообразно, на границах, устанавливаемых сейсмическим методом, претерпевают структурные преобразования, сменяясь все более плотными модификациями минералов, и при этом не происходит изменение химического состава вещества. Химический и минеральный состав ядра предполагается на основании расчетных давлений, около 1,5 Мбар, существующих глубже 5 120 км. В таких условиях наиболее вероятно существование вещества, состоящего из Fe с 10 % Ni и некоторой примеси серы во внешнем ядре, которая образует с железом минерал троилит. Как полагает А. А. Ярошевский, именно эта легкоплавкая эвтектическая смесь обеспечивает стабильность жидкого внешнего ядра, выше которого находится твердая силикатная мантия. Таким образом, Земля оказывается расслоенной на металлическое ядро и твердую силикатную мантию и кору, что обусловливается различной плотностью и температурой плавления. На 92 % Земля состоит из пяти элементов - О, Fe, Si, Mg и S. На все остальные элементы приходится 8 %. Земная кора - тонкая оболочка нашей планеты, обогащена легкоплавкими соединениями, образовавшимися при плавлении мантийного вещества. Поэтому магматизм во всех его проявлениях и является тем главным механизмом, обеспечивающим формирование легкоплавкой фракции и ее продвижение во внешнюю зону Земли, т.е. формирование земной коры. Магматические процессы фиксируются с самого раннего геологического времени, породы которого доступны наблюдению, а следовательно, в это же время началась дегазация мантии, в результате чего были сформированы атмосфера и гидросфера. 

Понятие о геологической среде и экологические функции литосферы.

В геологическую науку понятие о геологической среде было введено академиком Е. М. Сергеевым и развито его учениками и последователями. Под геологической средой обычно понимают верхнюю часть литосферы, находящуюся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека. Таким образом, толщина, или мощность, геологической среды определяется глубиной проникновения в толщу горных пород глубоких и сверхглубоких буровых скважин. На континентах она в среднем составляет 5 - 6 км, а самая глубокая скважина (Кольская) проникла в толщу горных пород на глубину, немного превышающую 12 км. В океанах с судов «Гломар Челленджер» и «Джойдес Резолюшн» пробурено около 800 скважин, которые углубились от морского дна на 1- 1,5 км. Таким образом, геологическая среда - это область наиболее активного тектогенеза, оказывающая существенное воздействие на наземные и подземные сооружения, агротехнические и другие условия хозяйственной деятельности. Области, охватываемые геологической средой в этом понимании, будут непрерывно увеличиваться по мере освоения человеком глубоких недр и проникновения в них. Следовательно, с увеличением глубины проникновения человека в недра не только число геологических объектов, но и сам объем геологической среды будут непрерывно расти. В отличие от сугубо техногенного понимания геологическую среду необходимо рассматривать значительно шире: это среда, в которой совершаются любые геологические процессы. Минералообразование и процессы образования горных пород протекают в различных структурных элементах Земли с разной скоростью и направленностью. На континентах - это осадочный, гранито-гнейсовый и базальтовый слои, т.е. по свой сути практически вся континентальная литосфера, а в пределах океанов - осадочный и базальтовый слои, т.е. океанская литосфера. Деятельность геолого-геохимических процессов, которые протекают в астеносфере, в верхней и нижней мантии, а также в земном ядре, обязательно в той или иной форме отзывается в литосфере: проникновение плюмов в литосферу, появление расплавленного вещества, перемещение литосферных плит. Однако наибольшие видоизменения геологическая среда претерпевает в литосфере, особенно в ее самой верхней части. Здесь геологическая среда находится в зоне воздействия современных тектонических движений, которые проявляются в форме разнообразных дислокаций. Наиболее универсальным и повсеместно распространенным типом современных дислокаций, имеющих первостепенное геоэкологическое значение, являются активно действующие разрывные нарушения, приводящие к трещиноватости. Кроме них большая геоэкологическая роль принадлежит и активным коровым разрывам различной морфологии (сбросам, сдвигам, взбросам, надвигам, раздвигам), а также крупным деформациям и перемещениям блоков земной коры (горсты, грабены). Все они формируют рельеф и затрудняют инженерно-хозяйственную деятельность человека.

 Рис. 3. Экологические функции литосферы 

Геологическая среда создает аномальные геофизические (магнитные, гравитационные, электромагнитные, геотермические и др.) и геохимические поля и аномалии, которые влияют не только на хозяйственную деятельность людей, но и на здоровье и состояние органического мира. В публикациях, посвященных геоэкологической проблеме, большое внимание уделяется вопросам загрязнения атмосферы, Мирового океана, состояния поверхностных и подземных вод суши, состояния и охраны почв, степени трансформации природных ландшафтов, т.е. в основном географической оболочке. Литосфера как таковая в них никак не выделяется, несмотря на то что она служит геологической основой ландшафта и является к тому же средой обмена веществом и энергией с другими геосферами. В определенных аспектах внимания удостоены проблемы истощения минеральносырьевых ресурсов, которые заключены в поверхностной части литосферы, и загрязнения природной среды в процессе добычи, обогащения и переработки минерального сырья. Однако надо учитывать и то обстоятельство, что литосфера является накопителем и хранителем поверхностных и подземных вод. Она обеспечивает биоту неорганическими питательными веществами, содержит минеральные и энергетические ресурсы, необходимые для существования и развития человеческого общества. Экологические функции литосферы как планетарной геосистемы вместе с протекающими в ней геологическими процессами (как природными, так и антропогенными) можно определять на основании той роли, какую они играют в жизнеобеспечении и эволюции биоты и главным образом человеческого общества. В.Т. Трофимов с соавторами (1995, 1997, 1998) рассматривают экологические функции литосферы как «держателя» минеральносырьевых и энергетических ресурсов, источника геодинамических процессов и геофизико-геохимических полей (Рис. 3). 

Ресурсные функции литосферы. 

Литосфера представляет собой одну из главнейших составляющих геологической среды, с геодинамической деятельностью и составом которой человечество сталкивается ежеминутно. Ресурсная функция литосферы предопределена минеральными, органоминеральными и органогенными ресурсами, которые принимают участие в ее строении. Они крайне необходимы для жизни и деятельности биоты, выступая в качестве одной из составляющих экосистем, а также для жизнедеятельности человеческого общества. 

Ресурсы литосферы включают следующие аспекты: 

• ресурсы, необходимые для жизнедеятельности биоты; 
• ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества; 
• ресурсы как геологическое пространство, которое необходимо для расселения и существования биоты и человеческого общества.

Если два первых аспекта напрямую связаны с минеральными ресурсами Земли, то последний — исключительно с геологическим пространством, которое охватывает приповерхностную и поверхностную части литосферы. Минеральные ресурсы относятся к категории исчерпаемых ресурсов и абсолютное большинство из них являются невозобновляемыми. Они играют первостепенную роль в жизни человеческого общества, определяя его материальный и научно-технический уровень. Начиная с глубокой древности число минеральных ресурсов и объемы их добычи и использования непрерывно возрастали. В палеолите добыча сырья ограничивалась лишь теми горными породами, которые могли явиться сырьем для изготовления каменных орудий. 

Рис. 4. Обеспеченность зарубежных стран (без учета России) разведанными запасами сырья (по современному уровню добычи) (по Г. А. Мирличу, 1984, из кн. В. В. Дмитриев и др. «Прикладная экология», 2008) 

Позднее в сферу деятельности стали вовлекаться руды металлов - сначала олова и меди, а затем и железа. Динамика извлечения и использования минерального сырья за последние века резко выросла. На протяжении всей своей истории человеческое общество в разных объемах использовало минеральные ресурсы, причем объем добываемого сырья непрерывно возрастал. Возникает угроза истощения месторождений полезных ископаемых. По прогнозам некоторых специалистов, запасы многих видов минерального сырья иссякнут к середине XXI в., а свинца и цинка хватит только на первые десятилетия третьего тысячелетия (рис. 4). Ресурсы литосферы, необходимые для жизнедеятельности биоты. Они представлены горными породами и минералами, которые включают химические элементы биофильного ряда, жизненно необходимые для роста и развития организмов, кудюриты - минеральное вещество кудюров, являющееся минеральной пищей литофагов, и подземные воды. Углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера, калий, натрий и ряд других элементов требуются организмам в значительных количествах, поэтому они называются макробиогенными. Микробиогенными элементами для растений являются Fe, Mn, Си, Zn, В, Si, Mo, Cl, V, Са, обеспечивающие процессы фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются те же элементы, кроме бора. Часть из них они получают, используя в пищу продуценты, а часть — из минеральных соединений и природных вод. Кроме того, для животных (консументов первого и второго порядков) дополнительно требуются селен, хром, никель, фтор, йод и др. Эти элементы в малых количествах жизненно необходимы для деятельности организмов и выполнения биогеохимических функций. Одни из перечисленных элементов находятся в газообразном состоянии в атмосфере, другие растворены в водах гидросферы или находятся в связанном состоянии в почвенном покрове и в литосфере. Растения (продуценты) извлекают в процессе своей жизнедеятельности эти элементы непосредственно из фунтов вместе с почвенными и грунтовыми водами. Минеральные вещества кудюров являются эпизодической пищей травоядных (консументы первого порядка) и всеядных (консументы третьего порядка) животных. Они употребляют их вместе с пищей по крайней мере два раза в год. Кудюры предназначены для регуляции солевого состава организма. В основном это минералы группы цеолитов. Стимуляторами роста растений, животных и рыб кроме цеолитов являются такие глинистые минералы, как бентониты, палыгорскиты, а также глауконит и диатомит. Подземные воды - основа для существования биоты, определяют направленность и скорость биохимических процессов растений и животных. Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества. К ним относятся все существующие полезные ископаемые, которые используются человечеством для производства необходимых материалов и энергии. В настоящее время из недр извлекается более 200 видов полезных ископаемых и объем годовой добычи минерального сырья достигает порядка 20 млрд т горной массы в год. 

Наиболее важные группы полезных ископаемых и основные направления их использования показаны на рис. 5.

Рис. 5. Схема использования основных природных ресурсов литосферы 

 Благодаря им человечество обеспечивает свои потребности в энергии, удобрениях, жилье, транспорте, связи. В настоящее время к этой категории добавились средства получения, передачи, обработки и анализа информации. К числу полезных ископаемых относятся и подземные воды. Они используются в качестве хозяйственно-питьевого водоснабжения (10,34 км3/год), для технического водоснабжения (2,66 км3/год), орошения земель и обводнения пастбищ (0,51 км3/год), в лечебных целях, в качестве геотермальных источников, для добычи ряда ценных компонентов (йод, бром, бор, литий, стронций, поваренная и калийная соль).

Экологическое значение подземных вод огромно. Приведем основные направления их использования и объемы потребления, км3 в год: 

                Хозяйственно-питьевое водоснабжение.................................. ........................10,34 

                Техническое водоснабжение........................................................ ......................2,66 

                Орошение земель и обводнение пастбищ.........................................................0,51 

                Лечебное (бальнеологическое и минеральное) геотермальное......................0,35 

                Промышленное (извлечение поваренной соли, йода, брома, бора, лития, стронция)...............................................................................................................................0,25 

Геологическое пространство. Оно заключается в рассмотрении литосферы как области обитания биоты (поверхность литосферы используется норными и землеройными животными и микроорганизмами), так и инженерно-геологической деятельности человека. Любая хозяйственная деятельность человека немыслима без осуществления строительства зданий жилого и промышленного назначения, строительства предприятий, подземных коммуникаций, транспортных магистралей, подземных выработок или открытых карьеров при добыче полезных ископаемых. Все строительные работы проводятся только после детальных изыскательских работ, определяющих способность грунта нести соответствующую нагрузку. Наряду с этим оценка ресурсной функции литосферы связана с размещением в геологическом пространстве захоронений высокотоксичных и радиоактивных отходов. Надо учитывать, что объемы геологического пространства, пригодные для этих целей, весьма ограничены. Все проблематичнее становится отыскивать пригодные и безопасные места для размещения отходов и промышленнобытовых свалок. В эпоху техногенеза земная поверхность стала важным природным и экологическим ресурсом. В настоящее время освоено немногим более 55 % поверхности суши и существует тенденция дальнейшего нарастания этого процесса. И если для стран с большими земельными ресурсами проблема размещения промышленных, сельскохозяйственных и селитебных отходов еще не стала актуальной, то для небольших по площади государств с высокой плотностью населения она превратилась в важнейший фактор социального развития. Ярким примером в этом отношении стала Япония, которая вынуждена засыпать прибрежные участки морских акваторий и осуществлять строительство на насыпных грунтах. Другие страны, например Голландия, с помощью дамб защищают земельные угодья от затопления морем. Следовательно, не только земли сельскохозяйственного назначения являются ценным природным ресурсом, но и земли, предназначенные для промышленного, гражданского и транспортного строительства, имеют большую ценность.