Достижения в области сейсмологии дали человечеству более подробное знание о Земле и слоях, из которых она состоит. Каждый слой имеет собственные свойства, состав и характеристики, которые влияют на основные процессы, происходящие на планете. Состав, строение и свойства географической оболочки определяются ее основными составляющими.
Издревле люди стремились понять формирование и состав Земли. Самые ранние предположения носили исключительно ненаучный характер, в виде мифов или религиозных басен с участием богов. В период античности и средневековья возникло несколько теорий о происхождении планеты и ее надлежащего состава. Наиболее древние теории представляли землю в виде плоской сферы или куба. Уже в 6 веке до нашей эры греческие философы стали рассуждать о том, что земля на самом деле круглая и имеет в своем составе минералы и металлы. В 16 веке было выдвинуто предположение о том, что Земля состоит из концентрических сфер, а внутри является полой. В начале 19 века горное дело и промышленная революция способствовали стремительному развитию науки о земле. Было обнаружено, что скальные образования были расположены по порядку их формирования во времени. Одновременно, геологи и естествоиспытатели стали понимать, что возраст окаменелости может быть определен с геологической точки зрения.
Строение и свойства географической оболочки отличается от остальных слоев по химическому и геологическому составу, а также огромные различия имеются в температуре и давлении. Современное научное понимание внутренней структуры Земли основано на умозаключениях, сделанных с помощью сейсмического мониторинга вместе с измерениями гравитационного и магнитного полей. К началу 20 века развитие радиометрического датирования, которое используется для определения возраста минералов и горных пород, дало возможность получения более точных данных касательно истинного который составляет приблизительно 4-4,5 миллиарда лет. Развитие современных методов добычи полезных ископаемых и драгоценных металлов, а также растущее внимания к важности минералов и их природных распределение также способствовали стимулированию развития современной геологии, в том числе знание о том, какие слои входят в состав географической оболочки земли.
Геосфера включает в себя гидросферу, опускаясь примерно на глубину десяти километров над уровнем моря, земную кору и часть атмосферы, простираясь в высоту до 30 километров. Наибольшее расстояние оболочки варьируется в пределах сорока километров. Этот слой испытывает на себе воздействие как наземных, так и космических процессов. Вещества встречаются в 3 физических состояниях, и могут состоять из мельчайших элементарных частиц, таких как атомы, ионы и молекулы, а также включать множество дополнительных многокомпонентных конструкций. Строение географической оболочки, как правило, рассматривают в виде общности природных и социальных явлений. Компоненты географической оболочки представлены в виде горных пород в земной коре, воздуха, воды, почвы и биогеоценозов.
Строение и свойства географической оболочки подразумевают наличие важного ряда характерных особенностей. К ним относятся: целостность, круговорот материи, ритм и постоянное развитие.
Есть некоторые результаты и особенности непрерывного развития. Во-первых, существует местное разделение материков, океанов и морского дна. На это разграничение оказывают влияние пространственные особенности географической структуры, в том числе географическая и высотная зональность. Во-вторых, существует полярная асимметрия, проявляющаяся в наличии существенных различий Северного и Южного полушарий.
Это проявляется, например, в распределении материков и океанов, климатических поясов, состава флоры и фауны, видах и формах рельефов и ландшафтов. В-третьих, развитие в геосфере неразрывно связано с пространственной и природной неоднородностью. Это, в конечном итоге, приводит к тому, что в разных регионах одновременно могут наблюдаться различные уровни эволюционного процесса. Например, древний ледниковый период в различных частях земли начался и закончился в разное время. В определенных природных областях климат становится более влажным, в то время, как в других наблюдается совершенно обратная картина.
Строение географической оболочки включает в себя такой компонент, как литосфера. Это твердая, внешняя часть земли, простирающаяся на глубину около 100 километров. Этот слой включает кору и верхнюю часть мантии. Самый прочный и твердый слой Земли связывают с таким понятием, как тектоническая активность. Литосфера разделена на 15 крупных северо-американская, карибская, южноамериканская, шотландская, антарктическая, евразийская, аравийская, африканская, индийская, филиппинская, австралийская, тихоокеанская, Хуан де Фука, Кокос и Наска. Состав географической оболочки Земли на этих участках характеризуется наличием различных типов пород литосферной коры и мантии. Литосферная кора характеризуется континентальным гнейсом и океаническим габбро. Ниже этой границы, в верхних слоях мантии, встречается перидотит, породы в основном состоят из минералов оливина и пироксена.
В состав географической оболочки входят четыре природные геосферы: литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Вода испаряется из морей и океанов, ветры перемещают воздушные потоки на сушу, там образуются и выпадают осадки, которые возвращается в мировой океан различными путями. Биологический цикл растительного царства заключается в преобразовании неорганики в органику. После гибели живых организмов органические вещества возвращаются в земную кору, трансформируясь постепенно в неорганические.
Свойства географической оболочки:
Уникальность географической оболочки состоит в том, что на стыке литосферы, атмосферы и гидросферы зародилась органическая жизнь. Именно здесь появилось и развивается до сих пор все человеческое общество, используя для своей жизнедеятельности необходимые ресурсы. Географическая оболочка покрывает всю планету, поэтому ее называют планетарным комплексом, включающим в себя горные породы в составе земной коры, воздух и воду, почву и огромное биологическое разнообразие.
Географическая оболочка – целостная непрерывная приповерхностная часть Земли, в пределах которой соприкасаются и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и живое вещество. Это наиболее сложная и разнообразная материальная система нашей планеты. Географическая оболочка включает в себя целиком гидросферу, нижний слой атмосферы, верхнюю часть литосферы и биосферу, которые являются ее структурными частями.
Географическая оболочка не имеет четких границ, поэтому ученые проводят их по-разному. Обычно за верхнюю границу принимают озоновый экран, расположенный на высоте около 25– 30 км, где задерживается большая часть ультрафиолетовой солнечной радиации, которая губительно действует на живые организмы. В то же время основные процессы, определяющие погоду и климат, а следовательно, формирование ландшафтов, протекают в тропосфере, высота которой изменяется по широтам от 16–18 км у экватора до 8 км над полюсами. Нижней границей на суше чаще всего считают подошву коры выветривания. Эта часть земной поверхности подвержена наиболее сильным изменениям под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов. Ее максимальная мощность около одного километра. Таким образом, общая мощность географической оболочки на суше составляет около 30 км. В океане нижней границей географической оболочки считают его дно.
Следует, однако, заметить, что в отношении положения нижней границы географической оболочки среди ученых существуют наибольшие расхождения. Можно привести пять-шесть точек зрения на этот вопрос с соответствующими обоснованиями. При этом границу проводят на глубинах от нескольких сотен метров до десятков и даже сотен километров, причем по-разному в пределах материков и океанов, а также различных участков материков.
Нет единства и в отношении названия географической оболочки. Для ее обозначения были предложены следующие термины: ландшафтная оболочка или сфера, географическая сфера или среда, биогеносфера, эпигеосфера и ряд других. Однако в настоящее время большинство географов придерживается приведенных нами названий и границ географической оболочки.
Представление о географической оболочке как об особом природном образовании было сформулировано в науке в XX столетии. Главная заслуга в разработке этого представления принадлежит академику А. А. Григорьеву. Им же были раскрыты и основные особенности географической оболочки, которые сводятся к следующему:
Географической оболочке свойственно по сравнению с недрами Земли и остальной частью атмосферы большее разнообразие вещественного состава, а также поступающих в неевидов энергии и форм их преобразования.
Вещество в географической оболочке находится в трех агрегатных состояниях (за ее пределами преобладает одно какое-либо состояние вещества).
Все процессы здесь протекают за счет как солнечных, так и внутриземных источников энергии (за пределами географической оболочки – в основном за счет одного из них), причем солнечная энергия абсолютно преобладает.
Вещество в географической оболочке обладает широким диапазоном физических характеристик (плотность, теплопроводность, теплоемкость и др.). Только здесь есть жизнь. Географическая оболочка – арена жизни и деятельности человека.
5. Общим процессом, связывающим сферы, составляющие географическую оболочку, является перемещение вещества и энергии, которое совершается в виде круговоротов вещества и в изменениях составляющих балансов энергии. Все круговороты вещества происходят с различной скоростью и на различном уровне организации вещества (макроуровне, микроуровнях фазовых переходов и химических превращений). Часть энергии, поступающей в географическую оболочку, консервируется в ней, другая часть в процессе круговорота веществ уходит за пределы планеты, предварительно испытав ряд преобразований.
Географическая оболочка состоит из компонентов. Это определенные материальные образования: горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. Компоненты различаются по физическому состоянию (твердое, жидкое, газообразное), уровню организации (неживое, живое, биокосное – сочетание живого и неживого, к которому относится почва), химическому составу, а также по степени активности. По последнему критерию компоненты подразделяют на устойчивые (инертные) – горные породы и почвы, мобильные – вода и воздух и активные – живое вещество.
Иногда компонентами географической оболочки считают частные оболочки – литосферу, атмосферу, гидросферу и биосферу. Это не совсем правильное представление, ибо не вся литосфера и атмосфера входят в состав географической оболочки, а биосфера пространственно изолированной оболочки не образует: это область распространения живого вещества в пределах части других оболочек.
Географическая оболочка территориально и по объему почти совпадает с биосферой. Однако единой точки зрения относительно соотношения биосферы и географической оболочки нет. Одни ученые считают, что понятия «биосфера» и «географическая оболочка» очень близки или даже тождественны. В связи с этим вносились предложения заменить термин «географическая оболочка» на термин «биосфера» как более распространенный и знакомый широким массам людей. Другие ученые-географы рассматривают биосферу как определенную стадию развития географической оболочки (в ее истории выделяют три основных этапа: геологический, биогенный и современный антропогенный). По мнению третьих, термины «биосфера» и «географическая оболочка» не тождественны, поскольку в понятии «биосфера» внимание акцентируется на активной роли живого вещества в развитии этой оболочки и этот термин имеет особую биоцентрическую направленность. По-видимому, следует согласиться с последним подходом.
Географическую оболочку рассматривают ныне как систему, причем систему сложную (состоящую из множества материальных тел), динамическую (непрерывно изменяющуюся), саморегулирующуюся (обладающую опреде-
ленной устойчивостью) и открытую (непрерывно обменивающуюся с окружающей средой веществом, энергией и информацией).
Географическая оболочка неоднородна. Она имеет ярусную вертикальную структуру, состоящую из отдельных сфер. Вещество распределено в ней по плотности: чем выше плотность вещества, тем ниже оно расположено. При этом наиболее сложное строение географическая оболочка имеет на контакте сфер: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои Мирового океана), гидросферы и литосферы (дно Мирового океана), а также в прибрежной полосе океана, где контактируют гидросфера, литосфера и атмосфера. При удалении от этих зон контакта строение географической оболочки становится более простым.
Вертикальная дифференциация географической оболочки послужила основанием известному географу Ф. Н. Милькову для выделения внутри этой оболочки ландшафтной сферы – тонкого слоя прямого соприкосновения и активного взаимодействия земной коры, атмосферы и водной оболочки. Ландшафтная сфера – биологический фокус географической оболочки. Ее мощность изменяется от нескольких десятков метров до 200 – 300 м. Ландшафтная сфера распадается на пять вариантов: наземный (на суше), земноводный (мелководные моря, озера, реки), водно-поверхностный (в океане), ледовый и донный (дно океана). Самый распространенный из них – водно-поверхностный. Он включает в себя 200-метровый поверхностный слой воды и слой воздуха высотой 50 м. В состав наземного варианта ландшафтной сферы, лучше других изученного, входят приземный слой воздуха высотой 30 – 50 м, растительность с населяющим ее животным миром, почва и современная кора выветривания. Таким образом, ландшафтная сфера – активное ядро географической оболочки.
Географическая оболочка неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. В этом отношении она расчленяется на отдельные природные комплексы. Дифференциация географической оболочки на природные комплексы обусловлена неравномерным распределением тепла на разных ее участках и неоднородностью земной поверхности (наличие материков и океанических впадин, гор, равнин, возвышенностей и т. д.). Самый крупный природный комплекс – сама географическая оболочка. К географическим комплексам относятся также материки и океаны, природные зоны (тундры, леса, степи и др.), а также региональные природные образования, как, например, Восточно-Европейская равнина, пустыня Сахара, Амазонская низменность и др. Небольшие природные комплексы приурочены к отдельным холмам, их склонам, долинам рек и их отдельным участкам (руслу, пойме, надпойменным террасам) и другим мезо- и микроформам рельефа. Чем меньше природный комплекс, тем однороднее природные условия в его пределах. Таким образом, вся географическая оболочка имеет сложное мозаичное строение, она состоит из природных комплексов разного ранга.
Географическая оболочка прошла длительную и сложную историю развития, которую можно разделить на несколько этапов. Предполагают, что первичная холодная Земля образовалась, как и другие планеты, из межзвездных пыли и газов около 5 млрд лет тому назад. В догеологический период развития Земли, закончившийся 4,5 млрд лет назад, происходила ее аккреция, поверхность бомбардировалась метеоритами и испытывала мощнейшие приливные колебания от близко расположенной Луны. Географической оболочки как комплекса сфер тогда не существовало.
Первый – геологический этап развития географической оболочки начался вместе с ранним геологическим этапом развития Земли (4,6 млрд лет назад) и захватил всю ее до-кембрийскую историю, продолжаясь до начала фанерозоя (570 млн лет назад). Это был период образования гидросферы и атмосферы при дегазации мантии. Концентрация тяжелых элементов (железа, никеля) в центре Земли и быстрое ее вращение обусловили возникновение вокруг Земли мощного магнитного поля, защищающего земную поверхность от космического излучения. Возникли мощные толщи континентальной земной коры наряду с первичной океанической, а к концу этапа континентальная кора стала раскалываться на плиты и вместе с возникающей при этом молодой океанической корой начала дрейфовать по вязкой астеносфере.
На этом этапе 3,6–3,8 млрд лет тому назад в водной среде появились первые признаки жизни, которая к концу геологического этапа завоевала океанические пространства Земли. В то время органика еще не играла важной роли в развитии географической оболочки, как это происходит сейчас.
Второй этап развития географической оболочки (от 570 млн до 40 тыс. лет назад) включает палеозой, мезозой и почти весь кайнозой. Этот этап характеризуется образованием озонового экрана, формированием современной атмосферы и гидросферы, резким качественным и количественным скачком в развитии органического мира, началом образования почв. Причем, как и на предыдущем этапе, периоды эволюционного развития чередовались с периодами, имевшими катастрофический характер. Это относится как к неорганической, так и органической природе. Так, периоды спокойной эволюции живых организмов (гомеостаза) сменялись периодами массового вымирания растений и животных (за рассматриваемый этап зафиксированы четыре таких периода).
Третий этап (40 тыс. лет назад – наше время) начинается с появления современного человека разумного (Homo sapiens), точнее, с началом заметного и все возрастающего воздействия человека на окружающую его природную среду 1 .
В заключение следует сказать, что развитие географической оболочки шло по линии усложнения ее структуры, сопровождаясь процессами и явлениями, еще далеко не познанными человеком. Как удачно в связи с этим отметил один из географов, географическая оболочка представляет собой единичный уникальный объект с загадочным прошлым и непредсказуемым будущим.
21.2. Основные закономерности географической оболочки
Географическая оболочка обладает рядом общих закономерностей. К ним относятся: целостность, ритмичность развития, горизонтальная зональность, азональность, полярная асимметрия.
Целостность – единство географической оболочки, обусловленное тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Причем географическая оболочка не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. В результате взаимодействия компонентов в природных комплексах осуществляется продуцирование живого вещества и образуется почва. Изменение в пределах природного комплекса одного из компонентов приводит к изменению других и природного комплекса в целом.
В подтверждение сказанного можно привести много примеров. Наиболее ярким из них для географической оболочки является пример с появлением течения Эль-Ниньо в экваториальной части Тихого океана.
Обычно здесь дуют ветры пассаты и морские течения движутся от берегов Америки к Азии. Однако с интервалом в 4 – 7 лет ситуация меняется. Ветры по неизвестным пока причинам изменяют свое направление на обратное, направляясь к берегам Южной Америки. Под их влиянием возникает теплое течение Эль-Ниньо, оттесняющее от побережья материка холодные воды Перуанского течения, богатые планктоном. Появляется это течение у берегов Эквадора в полосе 5 – 7° ю. ш., омывает берега Перу и северной части Чили, проникая до 15° ю. ш., а иногда и южнее. Это происходит обычно в конце года (название течения, возникающего, как правило, под Рождество, означает в переводе с испанского «младенец» и идет от младенца Христа), продолжается 12–15 месяцев и сопровождается катастрофическими последствиями для Южной Америки: обильным выпадением осадков в виде ливней, наводнениями, развитием селей, обвалов, эрозии, размножением вредных насекомых, отходом от берегов рыбы в связи с приходом теплых вод и т. д. К настоящему времени выявлена зависимость погодных условий во многих регионах нашей планеты от течения Эль-Ниньо: необычно сильные ливни в Японии, жестокие засухи в Южной Африке, засухи и лесные пожары в Австралии, бурные наводнения в Англии, обильное выпадение зимних осадков в районах Восточного Средиземноморья. Его возникновение влияет и на экономику многих стран, прежде всего на производство сельскохозяйственных культур (кофе, какао-бобов, чая, сахарного тростника и др.) и на рыболовство. Наиболее интенсивным в прошлом столетии было Эль-Ниньо в 1982–1983 гг. Подсчитано, что течение за это время нанесло мировой экономике материальный ущерб в размере около 14 млрд долларов и привело к гибели 20 тыс. человек.
Другие примеры проявления целостности географической оболочки приведены на схеме 3.
Целостность географической оболочки достигается круговоротом энергии и вещества. Круговороты энергии выражаются балансами. Для географической оболочки наиболее типичны радиационный и тепловой балансы. Что касается круговоротов вещества, то в них вовлечено вещество всех сфер географической оболочки.
Круговороты в географической оболочке различны по своей сложности. Одни из них, например циркуляция атмосферы, система морских течений или движения масс в недрах Земли, представляют собой механические движения, другие (круговорот воды) сопровождаются сменой агрегатного состояния вещества, третьи (биологический круговорот и изменение вещества в литосфере) – химическими превращениями.
В результате круговоротов в географической оболочке происходит взаимодействие между частными оболочками, в процессе которого они обмениваются веществом и энергией. Иногда утверждают, что атмосфера, гидросфера и литосфера проникают друг в друга. На самом деле это не так: проникают друг в друга не геосферы, а их компоненты. Так, твердые частицы литосферы попадают в атмосферу и гидросферу, воздух проникает в литосферу и гидросферу и т. д. Частицы вещества, попавшие из одной сферы в другую, становятся неотъемлемой частью последней. Вода и твердые частицы атмосферы – ее составные части, так же как газы и твердые частицы, находящиеся в водных объектах, принадлежат гидросфере. Наличие веществ, попавших из одной оболочки в другую, формируют в той или иной степени свойства этой оболочки.
Типичным примером круговорота, связывающего все структурные части географической оболочки, можно назвать круговорот воды. Известны общий, глобальный круговорот и частные: океан – атмосфера, материк – атмосфера, внутриокеанический, внутриатмо-сферный, внутриземной и др. Все круговороты воды происходят за счет механического перемещения огромных масс воды, но многие из них – между различными сферами, сопровождаются фазовыми переходами воды или же происходят с участием некоторых специфических сил, например поверхностного натяжения. Глобальный круговорот воды, захватывающий все сферы, сопровождается, помимо этого, и химическими превращениями воды – вхождением ее молекул в минералы, в организмы. Полный (глобальный) круговорот воды со всеми его частными составляющими хорошо представлен на схеме Л. С. Абрамова (рис. 146). Всего там представлено 23 цикла влагооборота.
Целостность – важнейшая географическая закономерность, на знании которой основывается теория и практика рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, давать географический прогноз результатам воздействия человека на природу, осуществлять географическую экспертизу проектов, связанных с хозяйственным освоением тех или иных территорий.
рис. 146. Полный и частные круговороты воды в природе
Географической оболочке свойственна ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений. Существуют две формы ритмики: периодическая и циклическая. Под периодами понимают ритмы одинаковой длительности, под циклами – переменной продолжительности. В природе существуют ритмы разной продолжительности – суточные, внутривековые, многовековые и сверхвековые, имеющие и разное происхождение. Проявляясь одновременно, ритмы накладываются один на другой, в одних случаях усиливая, в других – ослабляя друг друга.
Суточная ритмика, обусловленная вращением Земли вокруг оси, проявляется в изменении температуры, давления, влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов и отливов, циркуляции бризов, в функционировании живых организмов и в ряде других явлений. Суточная ритмика на разных широтах имеет свою специфику. Это связано с продолжительностью освещения и высотой Солнца над горизонтом.
Годовая ритмика проявляется в смене времен года, в образовании муссонов, в изменении интенсивности экзогенных процессов, а также процессов почвообразования и разрушения горных пород, сезонности в хозяйственной деятельности человека. В разных природных регионах выделяется различное количество сезонов года. Так, в экваториальном поясе есть лишь один сезон года – жаркий влажный, в саваннах выделяются два сезона: сухой и влажный. В умеренных широтах климатологи предлагают выделять даже шесть сезонов года: помимо известных четырех, еще два – предзимье и предвесенье. Предзимье – это период с момента перехода среднесуточной температуры осенью через 0°С до установления устойчивого снежного покрова. Предвесенье начинается с начала таяния снежного покрова до его полного схода. Как видно, годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо – в экваториальном. Сезоны года в разных регионах могут иметь и разные названия. Вряд ли правомерно выделять зимний сезон в низких широтах. Следует иметь в виду, что в разных природных регионах причины годовой ритмики различны. Так, в приполярных широтах она определяется световым режимом, в умеренных – ходом температур, в субэкваториальных – режимом увлажнения.
Из внутривековых ритмов наиболее четко выражены 11-летние, связанные с изменением солнечной активности. Она оказывает большое влияние на магнитное поле и ионосферу Земли и через них – на многие процессы в географической оболочке. Это приводит к периодическому изменению атмосферных процессов, в частности к углублению циклонов и усилению антициклонов, колебаниям речного стока, изменению интенсивности осадконакопления в озерах. Ритмы солнечной активности влияют на рост древесных растений, что отражается на толщине их годичных колец, способствуют периодическим вспышкам эпидемических заболеваний, а также массовому размножению вредителей леса и сельскохозяйственных культур, в том числе саранчи. Как полагал известный гелиобиолог А.Л. Чижевский, 11-летние ритмы влияют не только на развитие многих природных процессов, но и на организм животных и человека, а также на его жизнь и деятельность. Интересно отметить, что ныне некоторые геологи связывают тектоническую активность с солнечной активностью. Сенсационное заявление на эту тему было сделано на Международном геологическом конгрессе, состоявшемся в 1996 г. в Пекине. Сотрудники Института геологии Китая выявили цикличность землетрясений в восточной части своей страны. Ровно через каждые 22 года (удвоенный солнечный цикл) в этом районе происходит возмущение земной коры. Ему предшествует активность пятен на Солнце. Ученые изучили исторические хроники начиная с 1888 г. и нашли полное подтверждение своих выводов относительно 22-летних циклов активности земной коры, приводящих к землетрясениям.
Многовековые ритмы проявляются лишь в отдельных процессах и явлениях. Среди них лучше других проявляется ритм продолжительностью 1800–1900 лет, установленный А.В. Шнитниковым. В нем выделяются три фазы: трансгрессивная (прохладно-влажного климата), развивающаяся быстро, но короткая (300–500 лет); регрессивная (сухого и теплого климата), развивающаяся медленно (600 – 800 лет); переходная (700–800 лет). В трансгрессивную фазу усиливается оледенение на Земле, увеличивается сток рек, повышается уровень озер. В регрессивную фазу ледники, наоборот, отступают, реки мелеют, уровень воды в озерах понижается.
Рассматриваемый ритм связан с изменением приливообразующих сил. Примерно через каждые 1800 лет Солнце, Луна и Земля оказываются в одной плоскости и на одной прямой, а расстояние между Землей и Солнцем при этом становится наименьшим. Приливные силы достигают максимального значения. В Мировом океане усиливается до максимума перемещение воды в вертикальном направлении – на поверхность поступают глубинные холодные воды, что приводит к охлаждению атмосферы и формированию трансгрессивной фазы. Со временем «парад Луны, Земли и Солнца» нарушается и влажность входит в норму.
К сверхвековым относят три цикла, связанные с изменением орбитальных характеристик Земли: прецессия (26 тыс. лет), полное колебание плоскости эклиптики относительно земной оси (42 тыс. лет), полное изменение эксцентриситета орбиты (92 – 94 тыс. лет).
Наиболее длительные циклы в развитии нашей планеты – тектонические циклы продолжительностью около 200 млн лет, известные нам как байкальская, каледонская, герцинская и мезозойско-альпийская эпохи складчатости. Они обусловливаются космическими причинами, главным образом наступлением галактического лета в галактическом году. Под галактическим годом понимается обращение Солнечной системы вокруг центра Галактики, длящееся столько же лет. При приближении системы к центру Галактики, в перигалактии, т. е. «галактическим летом», гравитация увеличивается на 27% по сравнению с апогалактием, что и приводит к росту тектонической активности на Земле.
Существуют также инверсии магнитного поля Земли с продолжительностью 145– 160 млн лет.
Ритмические явления не повторяют в конце ритма полностью того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясняется направленное развитие природных процессов, которое при наложении ритмичности на поступательность оказывается в конечном итоге идущим по спирали.
Изучение ритмических явлений имеет большое значение для разработки географических прогнозов.
Планетарной географической закономерностью, установленной великим русским ученым В. В. Докучаевым, является зональность – закономерное изменение природных компонентов и природных комплексов по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством тепла, поступающего на разные широты в связи с шарообразной фигурой Земли. Немалое значение имеет также расстояние Земли от Солнца. Важны и размеры Земли: ее масса позволяет удерживать вокруг себя воздушную оболочку, без которой не было бы и зональности. Наконец, зональность усложняется определенным наклоном земной оси к плоскости эклиптики.
На Земле зональны климат, воды суши и океана, процессы выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под воздействием внешних сил (поверхностные воды, ветры, ледники), растительность, почвы, животный мир. Зональность компонентов и структурных частей предопределяет зональность всей географической оболочки, т. е. географической или ландшафтной зональности. Географы различают зональность компонентную (климата, растительности, почв и др.) и комплексную (географическую или ландшафтную). Представление о компонентной зональности сложилось с античных времен. Комплексную зональность открыл В.В. Докучаев.
Наиболее крупные зональные подразделения географической оболочки – географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, общими особенностями циркуляции атмосферы. На суше выделяются следующие географические пояса: экваториальный и в каждом полушарии – субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а также в северном полушарии – субарктический и арктический, а в южном – субантарктический и антарктический. Всего, таким образом, на суше выделяется 13 природных поясов. В каждом из них свои особенности для жизни и хозяйственной деятельности человека. Наиболее благоприятны эти условия в трех поясах: субтропическом, умеренном и субэкваториальном (кстати, все три – с хорошо выраженной сезонной ритмикой развития природы). Они интенсивнее других освоены человеком.
Аналогичные по названию пояса (за исключением субэкваториальных) выявлены и в Мировом океане. Зональность Мирового океана выражается в субширотном изменении температуры, солености, плотности, газового состава воды, в динамике верхней толщи вод, а также в органическом мире. Д.В. Богданов выделяет природные океанические пояса – «обширные водные пространства, охватывающие поверхность океана и прилегающие верхние слои до глубины нескольких сот метров, в которых отчетливо прослеживаются особенности природы океанов (температура и соленость воды, течения, ледовые условия, биологические и некоторые гидрохимические показатели), прямо или косвенно обусловленные влиянием широты места» (рис. 147). Границы поясов проведены им по океанологическим фронтам – рубежам распространения и взаимодействия вод с разными свойствами. Океанические пояса очень хорошо сочетаются с физико-географическими поясами на суше; исключение составляет субэкваториальный пояс суши, не имеющий своего океанического аналога.
Внутри поясов на суше по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности. Так, например, в субарктическом поясе есть зоны тундры и лесотундры, в умеренном – зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь и пустынь, в тропическом – зоны вечнозеленых лесов, полупустынь и пустынь.
Рис. 147. Географическая поясность Мирового океана (в сопряжении с географическими поясами суши) (по Д. В. Богданову)
Географические зоны подразделяются на подзоны по степени выраженности зональных признаков. Теоретически в каждой зоне можно выделить три подзоны: центральную, с наиболее типичными для зоны чертами, и
окраинные, несущие некоторые признаки, свойственные смежным зонам. В качестве примера можно привести лесную зону умеренного пояса, в которой выделяются подзоны северной, средней и южной тайги, а также подтаежных (хвойно-широколиственных) и широколиственных лесов.
В связи с неоднородностью земной поверхности, а следовательно, и условий увлажнения в различных частях материков зоны и подзоны не всегда имеют широтное простирание. Иногда они протягиваются почти в меридиональном направлении, как, например, в южной половине Северной Америки или на востоке Азии. Поэтому зональность правильнее называть не широтной, а горизонтальной. Кроме того, многие зоны не распространены по всему земному шару, как пояса; некоторые из них встречаются только на западе материков, на востоке или в их центре. Это объясняется тем, что зоны образовались вследствие гидротермической, а не радиационной дифференциации географической оболочки, т. е. из-за различного соотношения тепла и влаги. При этом зональным является только распределение тепла; распределение же влаги зависит от удаления территории от источников влаги, т. е. от океанов.
В 1956 г. А.А. Григорьев и М.И. Будыко сформулировали так называемый периодический закон географической зональности, где каждая природная зона характеризуется своими количественными соотношениями тепла и влаги. Тепло оценивается в этом законе радиационным балансом, а степень увлажнения – радиационным индексом сухости К Б (или РИС) = B / (Z х r), где В – годовой радиационный баланс, r – годовая сумма осадков, L – скрытая теплота парообразования.
Радиационный индекс сухости показывает, какая доля радиационного баланса тратится на испарение осадков: если на испарение выпавших осадков требуется больше тепла, чем его приходит от Солнца, и часть осадков остается на Земле, то увлажнение такой территории достаточное или избыточное. Если же тепла приходит больше, чем затрачивается на испарение, то излишки тепла нагревают земную поверхность, испытывающую при этом недостаток увлажнения: К Б < 0,45 – климат избыточно влажный, К Б = 0,45-Н,0 – влажный, К Б = 1,0-^3,0 – недостаточно влажный, К Б > 3,0 – сухой.
Оказалось, что, хотя в основе зональности лежит нарастание радиационного баланса от высоких широт к низким, ландшафтный облик природной зоны более всего определяется условиями увлажнения. Этот показатель определяет тип зоны (лесная, степная, пустынная и т. д.), а радиационный баланс – ее конкретный облик (умеренных широт, субтропическая, тропическая и др.). Поэтому в каждом географическом поясе, в зависимости от степени увлажнения, сформировались свои гумидные и аридные природные зоны, которые могут замещаться на одной и той же широте в зависимости от степени увлажнения. Характерно, что во всех поясах оптимальные условия для развития растительности создаются при радиационном индексе сухости, близком к единице.
Рис. 148. Периодический закон географической зональности. К Б – радиационный индекс сухости. (Диаметры кружков пропорциональны биологической продуктивности ландшафтов)
Периодический закон географической зональности записывается в виде таблицы-матрицы, в которой по горизонтали отсчитывается радиационный индекс сухости, а по вертикали – значения годового радиационного баланса (рис. 148).
Говоря о зональности как всеобщей закономерности, следует иметь в виду, что она не везде выражена одинаково. Наиболее четко она проявляется в полярных, приэкваториальных и экваториальных широтах, а также во внутриматериковых: равнинных условиях умеренных и субтропических широт. К последним относятся прежде всего вытянутые в меридиональном направлении крупнейшие по размерам Восточно-Европейская и Западно-Сибирская равнины. По-видимому, это помогло В. В. Докучаеву выявить рассматриваемую закономерность, поскольку он изучал ее на Восточно-Европейской равнине. Сыграло свою роль в определении комплексной зональности и то обстоятельство, что В. В. Докучаев был почвоведом, а почва, как известно, является интегральным показателем природных условий территории.
Некоторые ученые (О. К. Леонтьев, А. П. Лисицын) проводят природные зоны в толще и на дне океанов. Однако выделенные ими здесь природные комплексы нельзя называть физико-географическими зонами в общепринятом понимании, т. е. на их обособление не влияет зональное распределение радиации – основная причина зональности на поверхности Земли. Здесь можно говорить о зональных свойствах водных масс и донных отложений флоры и фауны, приобретенных опосредованно, через водообмен с приповерхностной водной массой, переотложение зонально обусловленных терригенных и биогенных осадков и трофическую зависимость донной фауны от поступающих сверху отмерших органических остатков.
Зональность географической оболочки как планетарное явление нарушается противоположным свойством – азональностью.
Под азональностью географической оболочки понимается распространение какого-то объекта или явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Причина азональности – неоднородность земной поверхности: наличие материков и океанов, гор и равнин на материках, своеобразие условий увлажнения и других свойств географической оболочки. Существуют две основные формы проявления азональности – секторность географических поясов и высотная поясность.
Секторность, или долготная дифференциация, географических поясов определяется увлажнением (в отличие от широтных зон, где важную роль играют не только увлажнение, но и теплообеспеченность). Секторность проявляется прежде всего в формировании в пределах поясов трех секторов – материкового и двух приокеанических. Однако они выражены не везде одинаково, что зависит от географического положения материка, его размеров и конфигурации, а также от характера циркуляции атмосферы
Географическая секторность полнее всего выражена на самом крупном материке Земли – в Евразии, от арктического до экваториального пояса включительно. Наиболее ярко долготная дифференциация представлена здесь в умеренном и субтропическом поясах, где отчетливо выражены все три сектора. В тропическом поясе выделяются два сектора. Слабо выражена долготная дифференциация в экваториальном и приполярных поясах.
Другой причиной азональности географической оболочки, нарушающей зональность и секторность, является расположение горных систем, которые могут препятствовать проникновению в глубь континентов воздушных масс, несущих влагу и тепло. Это особенно касается тех хребтов умеренного пояса, которые расположены субмеридионально на пути следующих с запада циклонов.
Азональность ландшафтов часто обусловливается особенностями слагающих их горных пород. Так, близкое к поверхности залегание растворимых горных пород приводит к формированию своеобразных карстовых ландшафтов, весьма существенно отличающихся от окружающих зональных природных комплексов. В районах распространения водно-ледниковых песков образуются ландшафты полесского типа. На рисунке 149 показано расположение географических зон и секторов внутри их на гипотетическом равнинном материке, построенном исходя из реального распространения суши на земном шаре на разных широтах. Этот же рисунок четко иллюстрирует асимметрию географической оболочки.
В заключение отметим, что азональность, так же как и зональность, всеобщая закономерность. Каждый участок земной поверхности в связи с ее неоднородностью по-своему реагирует на приходящую солнечную энергию и, следовательно, приобретает специфические особенности, которые формируются на общем зональном фоне. По существу, азональность – конкретная форма проявления зональности. Поэтому любой участок земной поверхности одновременно является зональным и азональным.
Высотная поясность – закономерная смена природных компонентов и природных комплексов с подъемом в горы от их подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры и увеличением осадков до определенной высоты (до 2 – 3 км) на наветренных склонах.
Высотная поясность имеет много общего с горизонтальной зональностью: смена поясов при подъеме в горы происходит в той же последовательности., что и на равнинах, при движении от экватора к полюсам. Однако природные пояса в горах меняются значительно быстрее, чем природные зоны на равнинах. В северном полушарии в направлении от экватора к полюсам температура убывает примерно на 0,5 °С на каждый градус широты (111 км), в то время как в горах она падает в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м.
Рис. 149. Схема географических поясов и основных зональных типов ландшафтов на гипотетическом материке (размеры изображенного материка соответствуют половине площади суши земного шара в масштабе1: 90 000 000), конфигурация – ее расположению по широтам, поверхность – невысокой равнине (по А. М. Рябчикову и др.)
Есть и другие различия: в горах во всех поясах при достаточном количестве тепла и влаги существует особый пояс субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах. Более того, каждый пояс гор, аналогичный по названию с равнинным, существенно от него отличается, ибо они получают различную по составу солнечную радиацию и имеют разные условия освещенности.
Высотная поясность в горах складывается не только под влиянием изменения высоты, но и особенностей рельефа гор. Большую роль при этом играет экспозиция склонов, как инсоляционная, так и циркуляционная. В определенных условиях в горах наблюдается инверсия высотной поясности: при застаивании холодного воздуха в межгорных котловинах пояс хвойных лесов, например, может занимать более низкое положение по сравнению с поясом широколиственных лесов. В целом высотная поясность отличается значительно большим разнообразием по сравнению с горизонтальной зональностью и проявляется к тому же на близких расстояниях.
Однако между горизонтальной зональностью и высотной поясностью существует и тесная взаимосвязь. Высотная поясность начинается в горах с аналога той горизонтальной зоны, в пределах которой расположены горы. Так, в горах, находящихся в степной зоне, нижний пояс – горно-степной, в лесной – горно-лесной и т. д. Горизонтальная зональность определяет тип высотной поясности. В каждой горизонтальной зоне горы обладают своим спектром (набором) высотных поясов. Количество высотных поясов зависит от высоты гор и их местоположения. Чем выше горы и чем ближе к экватору они расположены, тем богаче у них спектр поясов.
На характер высотной поясности влияет также секторность географической оболочки: состав вертикальных поясов различается в зависимости от того, в каком именно секторе расположен тот или иной горный массив. Обобщенная структура высотной поясности ландшафтов в разных географических зонах (на разных широтах) и в различных секторах показана на рисунке 150. Аналогично высотной поясности в горах на суше можно говорить о глубинной поясности в океане.
Одной из главных (а по мнению академика К.К. Маркова, основной) закономерностей географической оболочки следует считать полярную асимметрию. Причиной этой закономерности является прежде всего асимметрия фигуры Земли. Как известно, северная полуось Земли на 30 м длиннее южной, так что Земля сильнее сплюснута у Южного полюса. Асимметрично расположение на Земле материковых и океанических масс. В северном полушарии суша занимает 39% площади, а в южном – лишь 19%. Вокруг Северного полюса расположен океан, вокруг Южного – материк Антарктида. На южных материках платформы занимают от 70 до 95% их площади, на северных – 30 – 50%. В северном полушарии есть пояс молодых складчатых сооружений (Альпийско-Гималайский), протянувшийся в широтном направлении. Аналога ему в южном полушарии нет. В северном полушарии между 50 и 70° расположены наиболее приподнятые в геоструктурном отношении участки суши (щиты Канадский, Балтийский, Анабарский. Алданский). В южном полушарии на этих широтах – цепочка океанических впадин. В северном полушарии есть материковое кольцо, обрамляющее полярный океан, в южном полушарии – океаническое кольцо, которое окаймляет полярный материк.
Асимметрия суши и моря влечет за собой асимметрию других компонентов географической оболочки. Так, в океаносфере системы морских течений в северном и южном полушариях не повторяют друг друга; более того, теплые течения в северном полушарии распространяются вплоть до арктических широт, тогда как в южном – только до широты 35°. Температура воды в северном полушарии на 3° выше, чем в южном.
Климат северного полушария более континентальный, чем южного (годовая амплитуда температуры воздуха соответственно 14 и 6 °С). В северном полушарии слабое континентальное оледенение, сильное морское и велика площадь вечной мерзлоты. В южном полушарии эти показатели прямо противоположны. В северном полушарии огромную площадь занимает таежная зона, в южном аналога ей нет. Более того, на тех широтах, на которых в северном полушарии господствуют широколиственные и смешанные леса (~50°), в южном на островах расположены арктические пустыни. Различен и животный мир полушарий. В южном полушарии отсутствуют зоны тундры, лесотундры, лесостепи, а также пустынь умеренного пояса. Различен и животный мир полушарий. В южном нет двугорбых верблюдов, моржей, белых медведей и многих других животных, но есть, например, пингвины, сумчатые млекопитающие и некоторые другие животные, которых нет в северном полушарии. В целом различия в видовом составе растений и животных между полушариями весьма значительны.
Таковы основные закономерности географической оболочки, некоторые из них иногда называют законами. Однако, как убедительно доказал Д. Л. Арманд, физическая география имеет дело не с законами, а с закономерностями – устойчиво повторяющимися отношениями между явлениями в природе, но имеющими более низкий ранг, чем законы.
рис. 150. Обобщенная структура высотной поясности ландшафтов в разных географических зонах (по Рябчикову А.А.)
Характеризуя географическую оболочку, необходимо еще раз подчеркнуть, что она тесно связана с окружающим ее космическим пространством и с внутренними частями Земли. Прежде всего из Космоса она получает необходимую ей энергию. Силы притяжения удерживают Землю на околосолнечной орбите и вызывают периодические приливные возмущения в теле планеты. К Земле от Солнца направлены корпускулярные потоки («солнечный ветер»), рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, радиоволны и видимая лучистая энергия. Из глубин Вселенной к Земле направлены космические лучи. Потоки перечисленных лучей и частиц вызывают образование у Земли магнитных бурь, полярных сияний, ионизацию воздуха и другие явления. Масса Земли постоянно увеличивается за счет падения метеоритов и космической пыли. Но Земля воспринимает воздействие Космоса непассивно. Вокруг Земли как планеты, имеющей магнитное поле и радиационные пояса, создается специфическая природная система, получившая название географического пространства. Оно простирается от магнитопаузы – верхней границы магнитного поля Земли, которая находится на высоте не менее 10 земных радиусов, до нижней границы земной коры – так называемой поверхности Мохоровичича (Мохо). Географическое пространство подразделяется на четыре части (сверху вниз):
Ближний Космос. Его нижняя граница проходит по верхней границе атмосферы на высоте 1500 – 2000 км над Землей. Здесь происходит основное взаимодействие космических факторов с магнитным и гравитационным полями Земли. Здесь задерживается корпускулярное излучение Космоса, губительное для живых организмов.
Высокая атмосфера. Снизу она ограничена стратопаузой, которая в данном случае принимается и за верхнюю границу географической оболочки. Здесь происходит торможение первичных космических лучей, их преобразование, нагревание термосферы.
Географическая оболочка. Ее нижняя граница – подошва коры выветривания в литосфере.
Подстилающая кора. Нижняя граница – поверхность Мохо. Это область проявления эндогенных факторов, формирующих первичный рельеф планеты.
Концепция географического пространства уточняет положение географической оболочки нашей планеты.
В заключение отметим, что большое влияние на географическую оболочку в настоящее время оказывает человек в процессе своей хозяйственной деятельности.
Географическая оболочка — оболочка Земли, в пределах которой взаимно проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера (рис. 1).
Представление о географической оболочке как о «наружной сфере земли» было введено русским метеорологом и географом П. И. Броуновым (1852-1927) еще в 1910 г., а современное понятие разработано известным географом академиком АН СССР А. А. Григорьевым.
Тропосфера, земная кора, гидросфера, биосфера — это структурные части географической оболочки , а заключенное в них вещество — ее компоненты.
Рис. 1. Схема строения географической оболочки
Несмотря на существенные различия структурных частей географической оболочки, у них есть одна общая, очень существенная черта — непрерывный процесс перемещения вещества. Однако скорость внутрикомпонентного перемещения вещества в разных структурных частях географической оболочки не одинакова. Наибольшие показатель скорости отмечены в тропосфере. Даже при безветрии совершенно неподвижного приземного воздуха не бывает. Условно в качестве средней скорости перемещения вещества в тропосфере можно принять величину 500-700 см/с.
В гидросфере из-за большей плотности воды скорость перемещения вещества ниже, причем здесь в отличие от тропосферы наблюдается общее закономерное убывание скорости движения вод с глубиной. В целом средние скорости переноса вод в Мировом океане составляют (см/с): на поверхности — 1,38, на глубине 100 м — 0,62, 200 м — 0,54, 500 м — 0,44, 1000 м — 0,37, 2000 м — 0,30, 5000 м -0,25.
В земной коре процесс переноса вещества настолько замедлен, что для его установления требуются специальные исследования. Скорость перемещения вещества в земной коре измеряется несколькими сантиметрами или даже миллиметрами в год. Так, скорость раздвижения срединно-океанического хребта варьирует от 1 см/год в Северном Ледовитом океане до 6 см/год в экваториальной части Тихого океана. Средняя же скорость раздвижения океанической земной коры составляет примерно 1,3 см/год. Установленная вертикальная скорость современных тектонических движений на суше такого же порядка.
Во всех структурных частях географической оболочки внутрикомпонентное перемещение вещества протекает в двух направлениях: горизонтальном и вертикальном. Эти два направления не противостоят друг другу, а представляют собой разные стороны одного и того же процесса.
Между структурными частями географической оболочки осуществляется активный и непрерывный обмен веществом и энергией (рис. 2). Например, в атмосферу в результате испарения с поверхности океана и суши поступает вода, твердые частицы попадают в воздушную оболочку во время извержения вулканов или с помощью ветра. Воздух и вода, проникая по трещинам и порам вглубь горных порол, попадают в литосферу. В водоемы постоянно поступают газы из атмосферы, а также различные твердые частицы, которые сносят потоки воды. От поверхности Земли нагреваются верхние слои атмосферы. Растения поглощают из атмосферы углекислый газ и выделяют в нее кислород, необходимый для дыхания всем живым существам. Живые организмы, отмирая, формируют почвы.
Рис. 2. Схема связей в системе географической оболочки
Вертикальные границы географической оболочки выражены нечетко, поэтому ученые определяют их по-разному. А. А. Григорьев, как и большинство ученых, верхнюю границу географической оболочки проводил в стратосфере на высоте 20-25 км, ниже слоя максимальной концентрации озона, задерживающего ультрафиолетовое излучение Солнца. Ниже этого слоя наблюдаются движения воздуха, связанные с взаимодействием атмосферы с сушей и океаном; выше движения атмосферы этого характера сходят на нет. Наибольшие споры среди ученых вызывает нижняя граница географической оболочки.
Чаще всего ее проводят по подошве земной коры, т. е. на глубине 8-10 км под океанами и 40-70 км под материками. Таким образом, общая мощность географической оболочки составляет около 30 км. По сравнению с размерами Земли это тонкая пленка.
География – эта наука о внутреннем и внешнем строение Земли, изучающая природу всех континентов и океанов. Главным объектом изучения являются различные геосферы и геосистемы.
Географическая оболочка или ГО – одно из основных понятий географии как науки, введенное в оборот в начале XX века. Оно обозначает оболочку всей Земли, особую природную систему.Географической оболочкой Земли называютцелостную и непрерывную оболочку, состоящую из нескольких частей, которые взаимодействуют друг с другом, проникают друг в друга, постоянно обмениваются друг с другом веществами и энергией.
Рис 1. Географическая оболочка Земли
Есть похожие термины, с узкими значениям, используемые в трудах европейских учёных. Но они не обозначают природною систему, лишь совокупность природных и общественных явлений.
Географическая оболочка земли пережила ряд определённых этапов в своём развитии и формировании:
Географическая оболочка – это система планеты, которая, как известно, имеет форму шара, приплюснутого с обеих сторон шапками полюсов, с длинной экватора более 40 т км. ГО имеет определённую структуру. Она состоит из взаимосвязанных друг с другом сред.
ТОП-3 статьи которые читают вместе с этой
Некоторые специалисты разделяют ГО на четыре сферы (которые в свою очередь тоже делятся):
Строение географической оболочки в любом случае не условно. Она имеет чёткие границы.
Во всей структуре географической оболочки и географических сред прослеживается чёткая зональность.
Закон географической зональности предусматривает не только разделение всей оболочки на сферы и среды, но и разделение на природные зоны суши и океанов. Интересно, что такое разделение закономерно повторяется в обоих полушариях.
Зональность обусловлена характером распространения энергии Солнца по широтам и интенсивностью увлажнения (разного в разных полушариях, материках).
Естественно, можно определить верхнюю границу географической оболочки и нижнюю. Верхняя граница расположена на высоте 25 км, а нижняя граница географической оболочки проходит на уровне 6 км под океанами и на уровне 30-50 км на континентах. Хотя, необходимо отметить, что нижняя граница – условна и до сих пор ведутся споры по её установке.
Даже если брать верхнюю границу в районе 25 км, а нижнюю – в районе 50 км, то, по сравнению с общими размерами Земли, получается нечто вроде очень тонкой плёнки, которая покрывает планету и защищает её.
В этих границах географической оболочки действуют основные законы и свойства, её характеризующие и определяющие.
Атмосфера важна для сохранения тепла, а значит и жизни на планете. Также она защищает всё живое от ультрафиолета, влияет на почвообразование и климат.
Размер этой оболочки от 8 км до 1 т км (и более) в высоту. В её состав входят:
Атмосфера в свою очередь делится на несколько взаимосвязанных слоёв. Их характеристики представлены в таблице.
Все оболочки земли схожи. Например, в них встречаются все типы агрегатных состояний веществ: твёрдые, жидкие, газообразные.
Рис 2. Строение атмосферы
Твердая оболочка земли, земная кора. Имеет несколько слоёв, которые характеризуются разной мощностью, толщиной, плотностью, составом:
Предельная глубина литосферы – 2900 км.
Из чего состоит литосфера? Из твёрдых тел: базальт, магний, кобальт железо и другого.
Гидросферу составляют все воды Земли (океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и даже подземные воды). Располагается она на поверхности Земли и занимает более 70% пространства. Интересно, что существует теория, согласно которой в толще земной коры содержатся большие запасы воды.
Существует два типа воды: солёная и пресная. В результате взаимодействия с атмосферой, при конденсате, соль испаряется, тем самым обеспечивая сушу пресной водой.
Рис 3. Гидросфера Земли (вид океанов из космоса)
Биосфера – это самая «живая» оболочка земли. Она включает в себя всю гидросферу, нижнюю атмосферу, поверхность суши и верхний литосферный слой. Интересно, что живые организмы, заселяющие биосферу, ответственны за накапливание и распределение энергии солнца, за миграционные процессы химических веществ в почве, за газообмен, за окислительно – восстановительные реакции. Можно сказать, что атмосфера существует только благодаря живым организмам.
Рис 4. Составляющие биосферы Земли
Примеров взаимодействия сред очень много.
Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 494.
Выявление важнейших качественных свойств и особенностей природы географической оболочки — непременное условие познания основных закономерностей ее дифференциации.
I Как уже отмечалось, географическая оболочка — сложная, исторически сложившаяся и непрерывно развивающаяся, целостная и качественно своеобразная материальная система. Ей присущи следующие важнейшие особенности:
1) — ее качественное своеобразие, которое заключается в том, что только в ее пределах вещество находится одновременно в трех физических состояниях: твердом, жидком и газообразном. В связи с чем географическая оболочка состоит из пяти качественно разных, взаимопроникающих и взаимодействующих геосфер: литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы и палеосферы. В пределах каждой из них выделяется несколько компонентов. Например, в пределах литосферы выделяются в качестве самостоятельных компонентов разнообразные горные породы, в биосфере — растения и животные и т. д.
2) — тесное взаимодействие и взаимообусловленность всех ее геосфер и частей, определяющие ее развитие. Опыт человечества показал, что географическая оболочка не конгломерат различных, не зависящих друг от друга предметов и явлений, а сложный комплекс, природная система, представляющая собой единое целое. Достаточно изменить лишь одно звено этой целостной системы, чтобы вызвать изменения во всех других ее частях и в комплексе в целом. Человеческое общество, преобразуя природу с целью более рационального использования природных ресурсов, должно учитывать все возможные последствия воздействия на отдельные звенья этой системы и не допускать нежелательных изменений в нем. Так, выжигая леса на склонах гор Кубы и получая в золе от пожара удобрение всего на одно поколение очень доходных кофейных деревьев, испанским плантаторам не было дела до того, что тропические ливни впоследствии смывали уже беззащитный верхний слой почвы, оставляя после себя лишь обнаженные скалы (Юренков, 1982). Во всех случаях, когда речь идет о воздействии на какие-то звенья природных систем в больших масштабах, должен побеждать разумный подход. Например, выдвигавшийся в 80-х гг. 20 в. и не утвержденный Госпланом бывшего СССР, проект создания Нижнеобского гидрокомплекса, предусматривал получение очень дешевой и в большом количестве столь необходимой Сибири энергии. Но в результате сооружения в низовьях Оби плотины образовалось бы обширное море в виде зоны подтопления, которое около девяти месяцев в году было бы сковано льдом. Это в свою очередь, существенно изменило бы климат сопредельных территорий, нежелательно отразилось бы на сельском хозяйстве, промышленности, здоровье людей. Затопленными оказались бы полезные ископаемые (нефть, газ и др.), миллионы гектаров сельскохозяйственных угодий, леса, который (кроме всего прочего) является важнейшим продуцентом кислорода. Готовые дипломные роботы быстро и недорого, всё это можно найти на сайте zaochnik.ru. Также здесь вы сможете заказать отчет по практике, реферат, семестровую работу, диссертация.
Одним из самых главных проявлений взаимодействия всех геосфер и компонентов географической оболочки является постоянный обмен веществом и энергией, поэтому все стороны и компоненты географической оболочки, слагаясь в основном из определенного, только им свойственного сочетания химических веществ, как правило, включают в себя и некоторое количество веществ, составляющих основную массу остальных компонентов или являющихся производными этой основной массы (А.А. Григорьев, 1952, 1966). Взаимодействие всех сторон, компонентов и частей географической оболочки, их внутренние противоречия — основная причина ее постоянного развития, усложнения, перехода из одной стадии в другую.
3) — эта целостная материальная система не изолирована от внешнего мира, она находится в постоянном взаимодействии с ним. Внешним миром для географической оболочки является, с одной стороны, Космос, с другой — внутренние сферы земного шара (мантия и земное ядро).
Взаимодействие с Космосом проявляется прежде всего в проникновении и трансформации солнечной энергии в пределы географической оболочки, а также в теплоизлучении со стороны последней. Основным источником тепла для географической оболочки является солнечная радиация — 351 10 22 Дж/год. Количество тепла, поступающее за счет процессов, происходящих в земных глубинах, невелико — около 79х10 19 Дж/год (Рябчиков, 1972), т. е. в 4400 раз меньше.
Наряду с солнечной и иной космической энергией на Землю непрерывно поступает межзвездное вещество в виде метеоритов, метеорной пыли (до 10 млн. т/год; Юренков, 1982). В то же время наша планета постоянно теряет легкие газы (водород, гелий), которые, поднимаясь в высокие слои атмосферы, улетучиваются в межпланетное пространство. Этот взаимообмен химическими элементами между Землей и Космосом обосновал В. И. Вернадский. Из земной коры в более глубокие сферы Земли мигрируют железо, магний, сера и другие элементы, а из глубоких сфер поступают кремний, кальций, калий, натрий, алюминий, радиоактивные и другие элементы.
Взаимодействие географической оболочки с внутренними сферами Земли проявляется также в сложном энергетическом взаимообмене, обусловливающем так называемые азональные процессы, и в первую очередь — движения земной коры. Противоречивые, единые и неразрывные зональные и азональные процессы обусловливают главнейшую закономерность географической оболочки — ее зонально-провинциальную дифференциацию.
4) — в географической оболочке происходит как возникновение новых форм, так и распад более сложных образовании, т. е. осуществляется один из основных законов природы — закон синтеза и распада и их единства (Гожев, 1963), что способствует постоянному развивитию и усложнению географической оболочки, ее переходу из одной стадии в другую.
Развитие географической оболочки характеризуется ритмичностью и поступательностью, т. е. переходом от "более простого к более сложному; постоянным усложнением ее зональности и провинциальности, структуры ее природных систем.
Развитие географической оболочки и ее частей подчинено «закону гетерохронности развития» (Калесник, 1970), который проявляется в неодновременности изменения природы географической оболочки от места к месту. Например, отмечавшееся в 20-30-е годы ХХ в. в северном полушарии «потепление Арктики» на Земле не было повсеместным, а одновременно с ним в некоторых районах Южного полушария отмечалось похолодание.
Характерной особенностью развития географической оболочки является усиление относительной консервативности природных условий по мере движения от более высоких широт к более низким. В этом же направлении увеличивается и возраст природных зон. Так, наиболее молодой, послеледниковый возраст имеет тундровая зона; в плиоцен-четвертичное время в основном оформилась лесная зона; в плиоцене — лесостепная, в олигоцен—плиоцене — степная и пустынная.
5) — характеризуется наличием органической жизни, с возникновением которой все остальные геосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера) подверглись глубоким изменениям.
6) — она является ареной жизни и деятельности человеческого общества. На нынешнем этапе разумный человек — это показатель высшей стадии развития географической оболочки.
7) — ей свойственна региональная дифференциация. Согласно материалистической диалектике, единство мира не исключает его качественного многообразия. Целостная географическая оболочка неоднородна от места к месту, имеет сложное строение. С одной стороны, географическая оболочка обладает континуальностью (все ее стороны, компоненты и структурные части связаны и пронизаны потоком вещества и энергии; ей свойственна непрерывность распространения), с другой стороны, ей присуща дискретность (наличие внутри этой непрерывной оболочки природно-территориальных комплексов — ПТК, обладающих относительной целостностью.) Причем, непрерывность проявляется в целом сильнее, чем прерывность, т. е. географическая оболочка представляет собой единое целое, сплошное тело, а ее прерывность условна, так как ПТК являются ее составными частями, между которыми нет никаких пустот или чуждых географической оболочке образований (Арманд Д. и др., 1969).
Качественные различия взаимодействий между сторонами и компонентами географической оболочки в разных ее местах, а вместе с этим и ее региональная дифференциация в первую очередь определяются неодинаковыми соотношениями количественных показателей этих сторон и компонентов природы. Так, даже одинаковое количество выпадающих осадков для разных территорий при различных соотношениях количественных показателей других компонентов природы предопределяет различие в степени увлажненности этих территорий со всеми вытекающими отсюда последствиями. Так, при примерно равном количестве осадков в северных районах территории России и на севере Среднеазиатских равнин (200-300 мм/год), но значительно различных величинах солнечной радиации, разном состоянии атмосферы, неодинаковых температурных условиях в первом случае отмечается недостаток тепла и избыток влаги и формируются тундровые ландшафты, во втором— при обилии тепла и недостатке влаги — формируются полупустынные ландшафты.
Диалектическое единство свойств континуальности и дискретности географической оболочки позволяет выделять среди объектов, изучаемых физической географией, относительно самостоятельные разного ранга природно-территориальные комплексы (ПТК) — сложные географические системы (геосистемы).
Под природно-территориальными комплексами понимаются участки географической оболочки, имеющие естественные границы, качественно отличные от других участков и представляющие целостную и закономерную совокупность предметов и явлений. Порядок величин и степень сложности ПТК весьма разнообразны. Наиболее простую внутреннюю организацию имеют небольшие по площади ПТК (ПТК прируслового вала, склона моренного холма, борта лога и др.). С увеличением ранга степень сложности и площадь ПТК увеличиваются, так как они уже включают в себя системы множества ПТК более низкого ранга. В качестве примера таких ПТК можно отметить Восточноевропейскую провинцию таежной зоны, таежную зону в целом и т. п.
ПТК включают в себя все или большинство основных компонентов природы — литогенную основу, воздух, воду, почву, растительность, животный мир. Они являются структурными элементами географической оболочки.
Некоторые физико-географы (К.В. Пашканг, И.В. Васильева и др., 1973) все природные комплексы подразделяют на полные (именуются природно-территориальными и состоят из всех компонентов природы) и неполные и состоят из одного (одночленные природные комплексы) или нескольких (из двух — двучленные, из трех — трехчленные природные комплексы) компонентов природы. Согласно взглядам этих авторов, «природно-территориальные комплексы являются основным объектом изучения физической географии», а одночленные (фитоценоз, воздушная масса и др.), двучленные (например, биоценоз, состоящий из взаимосвязанных фито- и зооценоза) природные комплексы — предметом исследования соответствующих отраслей естествознания: фитоценозы изучаются геоботаникой, воздушные массы — динамической метеорологией, биоценозы — биоценологией. Такая трактовка вопроса вызывает существенные возражения. Во-первых, необходимо уточнить, что ПТК в целом являются основным объектом изучения не физической географии вообще, а региональной физической географии и ландшафтоведения. Во-вторых, весьма сомнительна правомерность выделения так называемых неполных природных комплексов. Очевидно, что природные образования, состоящие из одного компонента природы, не логично называть природным комплексом, даже одночленным. Скорее всего это часть природного комплекса. Так, скопление грубообломочного материала не представляет собой природного комплекса, даже одночленного. Приводимые же в качестве примеров фитоценоз и биоценоз как «неполные» природные комплексы в природе не существуют. В природе нет растительных сообществ, не находящихся в теснейшей взаимосвязи с остальными компонентами природы — литогенной основой, воздухом, водой, животным миром. В этом одно из проявлений важнейшего закона материалистической диалектики— закона единства организма и условий его жизни. И если геоботаник или биоценолог в силу задач, стоящих перед ним, не стремится вскрыть эти взаимосвязи, это совершенно не значит, что эти взаимосвязи не существуют, и не дает никаких оснований фитоценозы и биоценозы именовать неполными природными комплексами.
Неправомерность отнесения фитоценоза к одночленному природному комплексу очевидна уже потому, что эту же территорию биоценолог может рассматривать как двучленный, а ландшафтовед — как полный природный комплекс, состоящий из всех компонентов природы. Сказанное в равной мере относится и к другим «неполным» комплексам.
Все природные комплексы на данной стадии своего развития являются полными. Это уже вытекает из важнейшей закономерности географической оболочки — взаимодействия и взаимообусловленности всех ее геосфер, компонентов и структурных частей. Нет ни одного компонента географической оболочки, который бы не испытывал воздействия других и не воздействовал бы на них. Это взаимодействие осуществляется посредством обмена веществом и энергией.
Важнейшими признаками, по которым один ПТК отличается от другого, являются: их относительная генетическая разнородность; качественные отличия, которые в первую очередь предопределяются различными количественными характеристиками составляющих их компонентов; отличающаяся закономерная совокупность компонентов и сопряженность структурных частей сравниваемых ПТК.
