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 измене-ние 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.

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.

 

Схема 3

Примеры целостности географической оболочки (Причинно-следственные связи)

I. Внос гербицидов против вредителей понизил урожайность лугов из-за ухода бобров (по Д.Л. Арманду)

 

 

 

 

 

 

Обработка гербицида­ми поймен­ных угодий		Отравление среды обитания бобров		Бобры ушли, их плотины разрушились		Уровень воды в межень понизился		Понизился уровень грунтовых вод		Пойменные луга осуходо-лились и потеряли урожайность

II. Снижение биопродуктивности Азовского моря из-за строительства Цимлянской ГЭС и водохранилища на реке Дон

 

 

 

 

 

 

 

Строительст­во Цимлян­ского водо­хранилища на Дону в 1951 г.		Сокращение стока Дона в Азовское море из-за испарения и орошения		Нарушение баланса влаги (ее дефицит) в Азовском море		Заток вод в Азовское море из Черного че­рез Керчен­ский пролив		Осолонение вод Азовского моря		Вымирание лучших видов рыб и сниже­ние биопро­дуктивности моря

 

 

Приход воды с метеорным веществом

Потери водорода в кос­мическое пространство

^ Вулканические выбросы

Верхняя граница_тропопаузь1

Вынос влаги из бессточной области

круговорот, свя­занный с тепло­выми, гравитаци-

Зона недринируемых вод +

Поступление ювенильных >^ вод из мантии и вулканичес ких очагов + +

Кристаллические породы земной коры Магматический очаг

Породы мантии Верхняя и нижняя границы зоны интенсивного водообмена

Турбулентное перемешивание

Круговорот влаги над океаном

р • • у + + + + к'^Х. + + + +» онными и химичес .•*•'•'•<-*•,+ + + \;\4_-------- =ь------- Г~">------- V кими конвекци- • Зона, водообмена + _,, —ГГТ ^. ^ л^Х ^ \ями+,, 1.-.; с океанами + ±- —^ I +• + + ^Г + \+ + +У :: г^+ ^^-"+ + / г + +^+ +\+ +^У+ •.-1+^"^ + Освобождение Ж + + + + ^1 '_^~ ^•/'^ + + вод при мета-^^ + + + + + + + +

Связывание при образо вании осадочных толщ

Обезвоживание + + при уплотнении +

Свободные воды океана Чехол осадочных пород

Образование водорода под воздействием косми­ческих лучей

Рис. 146. Полный (глобальный) и частные круговороты воды в природе (по Л. С. Абрамову)

По одной из гипотез, яркой иллюстрацией послед­ствий, возникших в результате наложения разных по дли­тельности сверхвековых ритмов: прецессии, колебания уг­ла наклона земной оси и эксцентриситета, является воз­никновение четвертичных оледенений.

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 Земле¹.

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 воздейст-

¹ О. Г. Сорохтин и С. А. Ушаков выделили еще один сверхвековой цикл развития Земли — периодичес­кое соединение всех континентов Земли в единый супер­континент (Пангея и др.) и его распад. Этот цикл длит­ся около 600 млн лет.

 

вием 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.

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) широколиственных лесов.

 

Рис. 147. Географическая поясность Мирового океана (в сопряжении с географическими поясами суши)

(по Д. В. Богданову)

 

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 юж ной половине Северной Америки или на вое токе 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 K _Б (или РИС)= B /(L∙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: /С_Б<0,45 — климат избыточно влажный, /С_Б=0,45-Н,0 — влаж­ный, К_Б=1,0+3,0 — недостаточно влажный, Кь> 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)

 

 

Таблица 17