Геосайт "Самый отдаленный пункт земного шара к чему-нибудь да близок, а самый близкий от чего-нибудь да отдален." Козьма Прутков.
Главная

Материки

Географические открытия

Природа Земли

Календарь

Словари. Справочники

Воронежская область

Географическая оболочка

Эволюция земной коры на Земле привела к образованию атмосферы, гидросферы и биосферы. При этом сформировался планетарный природный комплекс, четыре компонента которого, то есть атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера находятся в постоянном взаимодействии и обмениваются веществом и энергией. Каждый компонент комплекса имеет свой химический состав, отличается присущими только ему свойствами. Они могут иметь твердое, жидкое или газообразное состояние, свою организацию вещества, закономерности развития, могут быть органическими или неорганическими.

Вступая во взаимодействие друг с другом эти природные компоненты оказывают взаимное влияют и приобретают новые свойства. Так, на земной поверхности в ходе длительного взаимодействия сфер сформировалась новая оболочка, обладающая своими, специфическими особенностями, которая была названа географической оболочкой. Учение о географической оболочке начало формироваться в начале 20 в. Географическая оболочка – основной объект физической географии.

Географическая оболочка имеет своеобразную пространственную структуру. Она трехмерна и сферична. Это зона наиболее активного взаимодействия природных компонентов, в которой наблюдается наибольшая интенсивность разнообразных физико-географических процессов и явлений. На некотором расстоянии вверх и вниз от земной поверхности, взаимодействие компонентов ослабевает, а затем и вовсе исчезает. Происходит это постепенно и границы географической оболочкинечеткие. За верхнюю границу часто принимается озоновый слой на высоте 25-30 км. Нижнюю границу географической оболочки часто проводят по разделу Мохоровичича, то есть по астеносфере, являющейся подошвой земной коры.

Компоненты еографической оболочки сложены веществами разного состава, находящимися в разном состоянии. Они разграничиваются системой активных поверхностей, где происходит взаимодействие вещества и трансформируются потоки энергии. К ним относятся: береговая зона, атмосферные и океанические фронты, приледниковые зоны.

Особенности географической оболочки:

  1. Географическая оболочка отличается очень большой сложностью состава и разнообразным состоянием вещества;
  2. В ней сосредоточена жизнь и существует человеческое общество;
  3. Все физико-географические процессы в этой оболочке протекают за счет солнечной и внутренней энергии Земли;
  4. Все виды энергии поступают в оболочку, трансформируются в ней и частично консервируются.

Основных свойств географической оболочки четыре.

1. Ритмичность, связанная с солнечной активностью, движением Земли вокруг Солнца, движением Земли и Луны вокруг Солнца, солнечной системы вокруг центра галактики.

2. Круговорот веществ который делится на круговороты воздушных масс и водных потоков, которые образуют круговороты воздуха и влаги, круговороты минерального вещества и литосферные круговороты, биологические и биохимические круговороты.

3. Целостность и единство, которые проявляются в том, что изменение одного компонента природного комплекса неизбежно вызывает изменение всех остальных и всей системы, как целого. К тому же, изменения, произошедшие в одном месте, отражаются на всей оболочке, а иногда на какой-либо ее части – в другом месте. Единство и целостность географической оболочки обеспечивается системой перемещения вещества и энергии.

Очень важной особенностью географической оболочки является ее способность сохранять свои основные свойства в течение всей истории своего существования. За миллионы лет на Земле изменилось расположение материков, состав атмосферы, произошло образование и развитие биосферы. При этом осталась сущность географической оболочки, как зоны контакта между геосферами, где взаимодействуют эндогенные и экзогенные силы. Сохранились и основные ее свойства: присутствие воды в трех состояниях – жидком, твердом и газообразном, наличие устойчивых границ между атмосферой, гидросферой и литосферой, постоянство радиационного и теплового балансов, постоянство солевого состава Мирового океана и т. д. Поэтому географическую оболочку называют геостатом, то есть системой, которая способна автоматически поддерживать определенное состояние природной среды. В историческом плане географическая оболочка является самоорганизующейся системой, что приближает ее к биологическим системам.

Если мысленно разрезать географическую оболочку от верхней до нижней границы, то окажется, что нижний ярус представлен плотным веществом литосферы, а верхние ярусы – более легким веществом гидросферы и атмосферы. Такое устройство географической оболочки является результатом эволюции Земли, которая сопровождалась дифференциацией вещества: с выделением плотного вещества в центре Земли и более легкого – по периферии.

Многие физико-географические явления на земной поверхности распределяются в форме полос, вытянутых вдоль параллелей, или под некоторым углом к ним. Это свойство географических явлений называется зональностью.

Все компоненты географической оболочки несут на себе печать воздействия мирового закона зональности. Зональность отмечается для: климатических показателей, растительных группировок, типов почв. В основе зональности физико-географических явлений находится закономерность поступления на Землю солнечной радиации, приход которой убывает от экватора к полюсам.

На основе сочетания поступления тепла и влаги в различные районы земли формируется географическая поясность. Выделяется ряд географических поясов. Они внутренне неоднородны, что, прежде всего, связано с азональной циркуляцией атмосферы и переносом влаги. На этом основании выделяются секторы. Как правило, их 3: два океанических (западный и восточный) и один континентальный.

Формирование понятия "географическая оболочка"

Эволюция земной коры на земле привела к образованию атмосферы, гидросферы и биосферы. При этом сформировался планетарный природный комплекс, четыре компонента которого, то есть атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера находятся в постоянном взаимодействии и обмениваются веществом и энергией. Каждый компонент комплекса имеет свой химический состав, отличается присущими только ему свойствами. Они могут иметь твердое, жидкое или газообразное состояние, свою организацию вещества, закономерности развития, могут быть органическими или неорганическими.

Действительно вода, воздух, горные породы и живые организмы сильно отличаются своими свойствами.

Вступая во взаимодействие друг с другом эти природные компоненты оказывают взаимное влияют и приобретают новые свойства. Так, на земной поверхности в ходе длительного взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы сформировалась новая оболочка, обладающая своими, специфическими особенностями, которая была названа географической оболочкой (ГО). Такое название было дано ей сравнительно недавно – в тридцатые годы нашего столетия. Хотя уже в 1910 году о комплексной оболочке Земли писал русский географ П.И. Броунов в своей книге «Курс физической географии», называя ее «наружной оболочкой». Он отмечал, что такая оболочка состоит из нескольких концентрических сферических оболочек: твердой, то есть литосферы, жидкой – гидросферы, газообразной – атмосферы и живой – биосферы. Эти оболочки проникают друг в друга и все вместе своим взаимодействием определяют облик Земли и все явления на ней.

В начале 20 столетия произошел кризис в географии, связанный с потерей ею объекта исследования. До этого географы изучали Землю в целом. Но со временем из географии выделились новые науки: геология, геоморфология, климатология, гидрохимия и др. Эти науки стали изучать отдельные природные компоненты земли по своим методикам. Они родились из некогда единой географии, которая, как бы, рассыпалась на отдельные науки, что и привело к кризису географии.

В это время происходит переосмысливание основных задач и объекта исследований географии. Основоположниками новых идей были: немецкий географ А. Гумбольдт и наш соотечественник В.В. Докучаев. Окончательную идею новой географии сформулировал русский ученый А.А. Григорьев, который определил, что объектом изучения физической географии должна являться ГО Земли, а все явления, происходящие в ней, следует изучать комплексно.

В 1932 г. А.А. Григорьевым вводиться термин «физико-географическая оболочка». Он писал: «Соприкосновение и взаимодействие различных геосфер у поверхности Земли настолько всесторонне и глубоко, что здесь возникает особая физико-географическая оболочка со специфическими, присущими только ей свойствами». Немного позднее профессор С.В. Колесник предложил называть физико-географическую оболочку просто географической. Этот термин в настоящее время принимается большинством географов, хотя разными исследователями предлагались и другие названия: например, «ландшафтная сфера», «биогеосфера», «эпигеосфера» и другие. Однако всеми географами признается, что эта оболочка является комплексной и что она представляет собой самую сложную природную систему взаимосвязанных компонентов.

Географическая оболочка, как саморегулирующаяся система

Очень важной особенностью географической оболочки является ее способность сохранять свои основные свойства в течение всей истории своего существования. За миллионы лет на Земле изменилось расположение материков, состав атмосферы, произошло образование и развитие биосферы.

При этом осталась сущность географической оболочки, как зоны контакта между геосферами, где взаимодействуют эндогенные и экзогенные силы. Сохранились и основные ее свойства: присутствие воды в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном, наличие устойчивых границ между атмосферой, гидросферой и литосферой, постоянство радиационного и теплового балансов, постоянство солевого состава Мирового океана и т. д. Поэтому географическую оболочку называют геостатом, то есть системой, которая способна автоматически поддерживать определенное состояние природной среды.

Благодаря регулированию многие параметры географической оболочки поддерживаются на определенном уровне, то есть не выходят за определенные пределы, несмотря на резкие колебания внешних факторов. Достигнутое состояние равновесия имеет динамический характер.

Примером его может быть солевой состав Мирового океана, который длительное время остается постоянным, несмотря на выпадение пресных атмосферных осадков и их неравномерное распределение во времени и пространстве, на большие объемы пресных речных вод ежегодно поступающих в океан, а также на разную величины испарения с поверхности океана в различных его частях. Основная причина такого постоянства заключается во всеобщей взаимосвязанности концентраций веществ в сложнейшей природной системе, какай является океан.

В соответствии с принципом Ле Шателье - Брауна нельзя изменить концентрацию одного компонента системы без изменения остальных компонентов. При этом, если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в этой системе усилится то из направлений процесса, течение которого ослабляет влияние воздействия.

Чем сложнее система, тем надежнее она защищена от внешних возмущений, поэтому географическая оболочка обладает наиболее совершенной системой саморегулирования. Примером может служить взаимодействие в системе: солнечная радиация - температура - облачность. Солнце нагревает земную поверхность, в результате чего увеличивается испарение. В атмосфере влага конденсируется и образуются облака, которые задерживают солнечную радиацию, что приводит к снижению температуры, а, следовательно, и испарения. Поэтому поступление влаги в атмосферу уменьшается и облака рассеиваются. После этого вновь увеличивается поступление солнечной радиации на земную поверхность и все повторяется сначала.

Таким образом, четыре взаимосвязанных параметра контролируют друг друга, не давая возможности каждому из них выйти за определенные границы.  Воздействие роста облачности при этом выполняет роль регулятора температуры и связано с ней отрицательной обратной связью, а такие системы как: солнечная радиация - температура и температура - испарение называются положительными прямыми связями. Примером положительной обратной связи является развитие ледников, при котором все взаимодействующие природные факторы, усиливая друг друга, приводят к  увеличению площади и мощности ледяного покрова.

В историческом плане географическая оболочка является самоорганизующейся системой, что приближает ее к биологическим системам. По определения Шредингера, биологическая система в ходе развития повышает свою организацию, все более отличается от среды, то есть «возвышается» над нею в организационном отношении, увеличивает свою устойчивость по отношению к внешним воздействиям. Все это можно отнести и к географической оболочке, в процессе развития которой было приобретено важнейшее свойство саморегулирования, благодаря которому снижается контрастность распределения температур на Земле за счет механизма, позволяющего перебрасывать тепло из одних мест в другие.

Рассмотрим, как это происходит в Северном полушарии. В дни весеннего равноденствия повышение температуры воздуха задерживается за счет потерь тепла на таяние снега и льда и, частично, на испарение. К концу зимы запасы тепла в водоемах и Океане достигают минимума, поэтому их обогревающая роль становится меньше, чем зимой. По мере повышения температур в средних и высоких широтах уменьшается разность температур между экватором и полюсом. В результате ослабляется поток тепла от экватора. Таким образом, наблюдается ситуация, подобная разумному регулированию отопления: пока тепла недостаточно тепловой поток от океана и от экватора интенсивный, а к лету этот механизм регулирования тепла полностью прекращает свою деятельность. Зато постепенно набирают силу аккумуляторы тепла - геофизические, геохимические и биологические.

После таяния снега и льда поверхность суши быстро нагревается. Часть тепла при этом уносится в глубь поверхностного слоя земли и накапливается там до следующего холодного периода. В пресных водоемах нагревается верхний слой воды. При повышении температуры от 0 до +4°С растет плотность воды, которая погружается вниз, что приводит к активизации водообмена с глубинными слоями. При дальнейшем нагревании воды вертикальный обмен прекращается до наступления холодов. В результате устанавливается устойчивая стратификация вод: холодная - внизу, а теплая - вверху.

В океане наблюдается иная картина. По мере нагревания в верхних слоях океанской воды отмечается повышение солености и снижение температуры за счет испарения. Это вызывает ее опускание вглубь, что приводит к повышению температуры километровой толщи океанских вод. В связи с тем, что температура океанической поверхности остается невысокой, возникает разность температур воздуха между сушей и океаном, а это вводит в действие тепловую машину второго рода: океан - материк, которая переносит часть тепла от материка, где она не может аккумулироваться, к океану.

Повышение температуры на суше усиливает геохимические процессы с поглощением тепла. Возрастает испарение, и значительная часть тепла переносится в атмосферу в скрытой форме, то есть аккумулируется в водяном паре. При конденсации тепло выделяется и расходуется на локальное нагревание воздуха. Поэтому усиливается его циркуляция.

По мере роста температуры на суше усиливается фотосинтез. Часть энергии при этом аккумулируется и затем выделяется в холодное время года при гниении растительных остатков. К моменту максимального поступления солнечной радиации (летнее солнцестояние) температура, однако, не достигает максимума, так как тепловые аккумуляторы еще не полностью заряжены теплом.

Поток солнечной энергии начинает снижаться, но уменьшается и отток тепла с суши, так как океан - главный аккумулятор тепла - постепенно прогревается. Максимум температуры северного полушария смещается на один - полтора месяца относительно максимума притока солнечной энергии. Таким образом, климатические границы лета оказываются смещенными относительно астрономических. Величина такого смещения зависит от положения суши и моря. Во внутриконтинентальных областях оно минимальное, а в приокеанских - наибольшее. Однако всюду происходит «смазывание» картины годового хода процессов.

Только в августе отмечается перелом в ходе лета, который соответствует снижению потока солнечной радиации. По мере дальнейшего понижения температуры замирает вегетация и уменьшается вертикальная циркуляция в атмосфере. Наступает момент теплового равновесия между земной и океанической поверхностью и окружающими средами.

Затем поток солнечной радиации еще более снижается. Температура после этого должна бы стремительно падать, но по мере охлаждения суши вступают в действие аккумуляторы тепла, замедляющие этот процесс. Уменьшается испарение и интенсивность осолонения поверхностных вод океана. На смену приходит термическая циркуляция океанических вод, за счет чего поступает тепло из более глубоких слоев океана.

Вступает в действие тепловая машина второго рода, но в обратном направлении: тепло теперь переносится от океана к континенту через атмосферу.

По мере охлаждения высоких широт возрастает температурный контраст относительно экватора. Тепловая машина первого рода начинает перекачивать тепло в охлаждающееся  северное полушарие. Поэтому зима в умеренных широтах наступает только тогда, когда уже миновал минимум поступления солнечной радиации. Зимой срабатывают механизмы защиты от переохлаждения. Низкий слой облачности задерживает излучение Земли, все водоемы покрыты льдом, а суша - снегом.

Так в географической оболочке работают механизмы, смягчающие контрастность годового хода солнечного излучения в северном полушарии.

Строение географической оболочки

Географическая оболочка представляет собой целостную непрерывную приповерхностную часть Земли, в пределах которой отмечается интенсивное взаимодействие четырех компонентов: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы (живого вещества). Это наиболее сложная и разнообразная материальная система нашей планеты, которая включает в себя всю гидросферу, нижний слой атмосферы (тропосферу), верхнюю часть литосферы и населяющие их живые организмы. Пространственная структура географической оболочки трехмерна и сферична. Это зона активного взаимодействия природных компонентов, в которой наблюдается наибольшее проявление физико-географических процессов и явлений.

Границы географической оболочки нечеткие. Вверх и вниз от земной поверхности взаимодействие компонентов постепенно ослабевает, а затем полностью исчезает. Поэтому ученые проводят границы географической оболочки по-разному. За верхнюю границу часто принимается озоновый слой, расположенный на высоте 25 км, где задерживается большая часть ультрафиолетовых лучей, губительно действующих на живые организмы. Однако некоторые исследователи проводят ее по верхней границе тропосферы, которая наиболее активно взаимодействует с земной поверхностью. За нижнюю границу на суше обычно принимают подошву коры выветривания мощностью до 1 км, а в океане – океаническое дно.

Представления о географической оболочке, как об особом природном образовании, было сформулировано в начале XX в. А.А.Григорьевым и С.В.Калесником. Ими были раскрыты основные особенности географической оболочки: 1) сложность состава и разнообразие состояния вещества; 2) протекание всех физико-географических процессов за счет солнечной (космической) и внутренней (теллурической) энергии; 3) трансформация и частичная консервация всех видов энергии, поступающих в нее; 4) сосредоточение жизни и наличие человеческого общества; 5) наличие вещества в трех агрегатных состояниях.

Географическая оболочка состоит из структурных частей – компонентов. Это горные породы, вода, воздух, растения, животные и почвы. Они различаются по физическому состоянию (твердое, жидкое, газообразное), уровню организации (неживое, живое, биокосное), химическому составу, активности (инертные – породы, почва, мобильные – вода, воздух, активное – живое вещество).

Географическая оболочка имеет вертикальную структуру, состоящую из отдельных сфер. Нижний ярус сложен плотным веществом литосферы, а верхние представлены более легким веществом гидросферы и атмосферы. Такая структура является результатом дифференциации вещества с выделением плотного вещества в центре Земли, а более легкого – по периферии. Вертикальная дифференциация географической оболочки послужила основанием Ф.Н.Милькову для выделения внутри нее ландшафтной сферы – тонкого слоя (до 300 м), где происходит соприкосновение и активное взаимодействие земной коры, атмосферы и гидросферы.

Географическая оболочка в горизонтальном направлении расчленяется на отдельные природные комплексы, что определяется неравномерным распределением тепла на разных участках земной поверхности и ее неоднородностью. Природные комплексы, образовавшиеся на суше, называю территориальными, а в океане или другом водоеме – аквальными. Географическая оболочка – это природный комплекс самого высокого, планетарного ранга. На суше она включает в себя менее крупные природные комплексы: материки и океаны, природные зоны и такие природные образования, как Восточноевропейская равнина, пустыня Сахара, Амазонская низменность и др. Самым малым природно-территориальным комплексом, в структуре которого участвуют все основные компоненты, считается физико-географический район. Он представляет собой блок земной коры, связанный со всеми остальными компонентами комплекса, то есть с водой, воздухом, растительностью и животным миром. Блок этот должен быть достаточно обособленным от соседних блоков и иметь свою морфологическую структуру, то есть включать в себя части ландшафта, которыми являются фации, урочища и местности.

Географическая оболочка имеет своеобразную пространственную структуру. Она трехмерна и сферична. Это зона наиболее активного взаимодействия природных компонентов, в которой наблюдается наибольшая интенсивность разнообразных физико-географических процессов и явлений. На некотором расстоянии вверх и вниз от земной поверхности, взаимодействие компонентов ослабевает, а затем и вовсе исчезает. Происходит это постепенно и границы географической оболочкинечеткие. Поэтому исследователи по-разному проводят ее верхнюю и нижнюю границы. За верхнюю границу часто принимается озоновый слой, залегающий на высоте 25-30 км. Этот слой поглощает ультрафиолетовые лучи, поэтому ниже него возможна жизнь. Однако некоторые исследователи проводят границу оболочки ниже – по верхней границе тропосферы, принимая во внимание, что тропосфера наиболее активно взаимодействует с земной поверхностью. Поэтому в ней проявляется географическая поясность и зональность.

Нижнюю границу еографической оболочки часто проводят по разделу Мохоровичича, то есть по астеносфере, являющейся подошвой земной коры. В более современных работах эта граница проводится выше и ограничивает снизу лишь часть земной коры, которая непосредственно участвует во взаимодействии с водой, воздухом и живыми организмами. В результате создается кора выветривания, в верхней части которой находится почва.

Зона активного преобразования минерального вещества на суше имеет мощность до нескольких сотен метров, а под океаном лишь десятки метров. Иногда к еографической оболочке относят весь осадочный слой литосферы.

Географ Н.А. Солнцев считает, что к еографической оболочке можно отнести пространство Земли, где вещество находится в жидком, газовом и твердом атомном состояниях, или в форме живого вещества. За пределами этого пространства вещество находится в субатомном состоянии, образуя ионизированный газ атмосферы или уплотненные упаковки атомов литосферы.

Этому соответствуют границы, о которых уже говорилось выше: верхняя граница тропосферы, озоновый экран – вверх, нижний предел выветривания и нижняя граница гранитного слоя земной коры – вниз.

Контактные поверхности в географической оболочке

Компоненты ГО сложены веществами разного состава, находящимися в разном состоянии. Они разграничиваются системой активных поверхностей, где происходит взаимодействие вещества и трансформируются потоки энергии.

Активных поверхностей в ГО очень много и они часто характеризуются интенсивным проявлением жизни. Так, очень активным типом поверхности контактов является береговая зона, богатая растительными и животными формами. Ей свойственна также интенсивная волноприбойная деятельность и разрушение берегов. Здесь происходят приливно-отливные движения водных масс, за счет чего очень медленно, но неуклонно замедляется вращение земли вокруг своей оси.

Другие типы активных поверхностей – это атмосферные и океанические фронты, на которых происходит интенсивное взаимодействие, то есть перемешивание воздушных и водных масс, их подъемы и опускания.

Часто отмечаются:

-       в зонах контактов водных масс – обогащение жизненными формами;

-       в зонах атмосферных фронтов – выпадение осадков;

-       на стыке почвенно-растительных зон – интенсивное развитие растительности и животных.

Приледниковые зоны, а также кромки льда в океанах и морях, являются своеобразным типом активных поверхностей. Здесь отмечается большое скопление жизни.

Наиболее значительна поверхность соприкосновения электромагнитного солнечного излучения с земной поверхностью, на которой происходит трансформация излучения – в тепловую и химическую энергию: в листьях растений, в почве, в коре выветривания, воде океана, рек и озер.

Это самый мощный трансформатор и аккумулятор тепла на Земле, обеспечивающий большинство динамических процессов.

Таким образом, наличие системы активных поверхностей между природными компонентами является важнейшим свойством ГО.

Свойства географической оболочки

  1. Географической оболочка отличается очень большой сложностью состава и разнообразным состоянием вещества;
  2. В географической оболочке сосредоточена жизнь и существует человеческое общество;
  3. Все физико-географические процессы в этой оболочке протекают за счет солнечной и внутренней энергии Земли;
  4. Все виды энергии поступают вгеографическую оболочку, трансформируются в ней и частично консервируются.

Основными свойствами географической оболочки являются: ритмичность природных явлений, круговорот веществ и энергии, целостность и единство, саморегулирование.

Ритмичность – это повторяемость природных явлений во времени; но не буквальное их повторение, т.к. каждое последующее явление отличается от предыдущего. Существуют ритмы: изменения солнечной активности (2-3, 5-6, 11, 22-23 гг.); положения Земли по отношению к Солнцу (365 суток – годовое движение Земли вокруг Солнца, ритмичность продолжительностью 1800-1900 лет. Она возникает за счет действия приливообразующих сил, то есть при совпадении положения Солнца, Земли и Луны в одной плоскости и на одной прямой. При этом могут быть два положения. Если Луна помещается между Солнцем и Землей, то происходит наибольшее нарушение равенства океанских масс и вынос на поверхность глубинных вод, что отражается на климате. Через 900-950 лет Солнце, Земля и Луна снова находятся в одной плоскости и на одной прямой, но Земля оказывается между Солнцем и Луной. Как установлено, в первом случае на Земле отмечается влажный период, а во втором – сухой. Ритмы увлажнения Земли выявлены русским ученым Шнитниковым. 40000 лет – изменение наклона земной оси, 92000 лет – колебания эксцентриситета земной орбиты); положения Солнечной системы в Галактике (190-200 млн. лет – ее оборот вокруг ядра Галактики).

Неравномерное распределение энергии в географической оболочке вызывает движения вещества и образование круговоротов в атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере. Возникают движения воздушных и водных масс, а также неорганического и органического вещества, образующие атмосферную циркуляцию и круговорот воды, перенос минерального вещества, литосферные и биосферные круговороты. Круговая форма переносов обеспечивает непрерывность движения в условиях ограниченного количества вещества. Все круговороты не замкнуты, то есть часть вещества и энергии может при движении изыматься из круговорота, а иногда в круговорот включаются новые вещества и энергия. Пример: изъятие значительных объемов воды из географической оболочки в четвертичное время при образовании ледников и поступление ее в географическую оболочку – при их таянии.

Целостность географической оболочки проявляется в том, что изменение одного компонента природного комплекса вызывает изменение других, или всей системы, как целого. Пример: повсеместное распахивание земель и вырубка лесов в Центрально-Черноземных областях привели не только к ухудшению состояния почвенного покрова, но и гидролого-гидрогеологических условий, сокращению количества атмосферных осадков, изменению фитоценоза и зооценоза. Так антропогенное воздействие на один компонент природной системы (почвы) вызвал изменение состояния всей системы.

Единство географической оболочки проявляется в том, что изменения, произошедшие в одном месте, отражаются на всей оболочке, а иногда, на какой-либо ее части – в другом. Пример: выпадение кислотных дождей в Центрально-Черноземных областях, подкисляющих почвы, вызвано, в основном, переносом сернистых и азотных соединений западными ветрами из Западной Европы, где они выбрасываются в воздух промышленными предприятиями. Как видно, антропогенное воздействие на атмосферу в одном месте географической оболочки сказывается на почвенном покрове – в другом.

ГО обладает способностью саморегулирования, позволяющей поддерживать на определенных уровнях многие параметры. Пример 1. Постоянство солевого состава вод Океана, несмотря на неравномерное распределение осадков и неодинаковое испарение в разных его частях, а также на ежегодное поступление в Океан 37,5 тыс. км3 пресных вод, приносимых реками. Пример 2. Поддержание температуре воздуха на определенном уровне в результате процессов, возникающих в системе взаимодействия: солнечная радиация - температура земной поверхности - испарение - облачность.

Целостность и единство географической оболочки

Целостность географической оболочки проявляется в том, что изменение одного компонента природного комплекса неизбежно вызывает изменение всех остальных и всей системы, как целого. К тому же, изменения, произошедшие в одном месте, отражаются на всей оболочке, а иногда на какой-либо ее части – в другом месте.

Например, в Центральном Черноземье России за последние три столетия произошли заметные изменения в гидросфере, атмосфере, почвенно-растительном покрове. При этом сократилось количество атмосферных осадков и величина испарения с поверхности земли; уменьшился речной сток, снизился уровень грунтовых вод, ухудшились вводно-физические свойства почв, изменились фитоценоз и зооценоз. Причиной этому явилось сельскохозяйственное освоение территории, которое сопровождалось распахиванием земель с уничтожением целинных степей и вырубкой лесов. Как видно, антропогенное воздействие на один компонент природной системы вызвал изменения во всей природной системе. Второй пример. Кислотные дожди, выпадающие в настоящее время в Центральном Черноземье России вызывают подкисление почв. Изучение их происхождения показало, что почти 70 % сернистых соединений переноситься в наш регион по воздуху из Польши, Германии и Англии, где они выбрасываются в воздух промышленными предприятиями. Как видно, антропогенное воздействие на атмосферу в одном месте географической оболочки сказывается в другом месте на почвенном покрове.

Единство и целостность географической оболочки обеспечивается системой перемещения вещества и энергии. Самой активной формой переносов при этом являются круговороты. Круговая форма переносов позволяет осуществлять непрерывность движения в условиях ограниченного количества вещества. Каждый цикл круговорота представляет собой элементарную единицу движения. Но полного повторения циклов не наблюдается. Происходит направленное изменение состава и структуры энергетических и вещественных потоков, что приводит к перестройке состава и структуры геосфер.

Потоки воздуха, воды (в океанах, руслах рек и подземных горизонтах), перемещение льда, минеральных частиц и другого вещества, а также потоки энергии служат каналами, связывающими части географической оболочки в единое целое. Переносы в географической оболочке осуществляются в определенных направлениях.

Например, в умеренных широтах преобладает западный перенос масс воздуха. Известна устойчивость океанических течений. Определенной упорядоченностью и устойчивостью обладают движения ледников, поверхностных и подземных вод и т.д.

При этом горизонтальные перемещения воздуха, воды и минеральных частиц в сотни и тысячи раз превышают вертикальные, так как последние происходят в поле силы тяжести. Причиной горизонтальных переносов воздушных и водных масс, а также других типов вещества служит неоднородность давления, температур, концентраций веществ и т.д.

При этом отмечается различная скорость переноса разных типов вещества. Наибольшая скорость наблюдается при распространении света (300 тыс. км/с). Медленнее всего происходит передвижение блоков земной коры, а также льда. Процессы в атмосфере происходят во много раз быстрее, чем в других средах, то есть их скорость убывает в направлении: атмосфера – гидросфера – литосфера.

Различная скорость обмена приводит к тому, что каждая часть географической оболочки, отличающейся от других характером вещества, приобретает черты относительной обособленности. На этой основе и сформировалось представление о геосферах, как об относительно самостоятельных системах, представляющих собой части целого.

Круговорот веществ и энергии в географической оболочке

Поступающая в географическую оболочку энергия испытывает многообразные преобразования. При этом происходит переход одних видов энергии в другие и их перераспределение на поверхности Земли. Неравномерное распределение энергии в оболочке вызывает следующие виды движений вещества. Эти движения отмечаются во всех геосферах, то есть атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере.

  1. Движения воздушных масс и водных потоков, которые образуют круговороты воздуха и влаги, то есть атмосферную циркуляцию и круговорот воды;
  2. Перенос минерального вещества и литосферные круговороты;
  3. Биологические и биохимические круговороты.

Все круговороты не замкнуты. Часть вещества и энергии при движении может изыматься из круговорота. Иногда в круговорот включаются новые вещества и энергия. Пример: оледенение. Не замкнутость круговоротов создает вектор направленного изменения географической оболочки, то есть возникают условия для ее развития. Например, изверженную породу можно расплавить, но мы получим не исходную магму, так как при застывании из магмы вышли газы, а новое вещество.

Масштабы круговоротов неодинаковы. Траектории движений колеблются от десятков метров до нескольких тысяч километров. Пример: круговороты воздуха, биологические круговороты. Скорость движения от нескольких см/год (движение литосферных плит) до скорости света (перенос лучистой энергии).

Можно выделить самостоятельные системы потоков и круговоротов, которые называют циклами.

Главными из них являются:

  1. Радиационный цикл;
  2. Тепловой атмосферный (воздушный);
  3. Гидросферный (водный);
  4. Биохимический;
  5. Цикл минерального вещества;
  6. Литосферный цикл.

kryg

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


Каждый из них частично, или полностью включен в другие циклы. Например, вместе с воздухом и водой переноситься тепло, минеральные частицы, споры, бактерии, фито- и зоопланктон.

Круговорот веществ в географической оболочке происходит под действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли. Солнечная радиация при этом оказывает наиболее существенное влияние на процессы в ней. Составными частями солнечной радиации является электромагнитное и корпускулярное излучение. Электромагнитная энергия Солнца включает в себя видимую и инфракрасную частоты волнового спектра, а также ультрафиолетовое излучение. Меньшая доля солнечной радиации принадлежит рентгеновским лучам. В атмосфере Земли значительная часть ультрафиолетового и инфракрасного излучения поглощается в верхних слоях атмосферы, а также водяными парами и частицами пыли. Рентгеновское излучение при этом, поглощается полностью. Лишь незначительная доля солнечного излучения, то есть менее 1 %, усваивается зелеными растениями в процессе фотосинтеза органических веществ. Большая часть его рассеивается в географической оболочке, создавая ее энергетический баланс. Периодический характер интенсивности солнечного излучения сказывается на ряде явлений в географической оболочке Земли. Так, в 1915 году А. Л. Чижевский обратил внимание на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнами на Солнце. Периодичность этих явлений – 11 лет.

Корпускулярное излучение Солнца выражается в виде, так называемого, солнечного ветра и солнечных космических лучей, связанных с мощными взрывными вспышками. При этом усиливается интенсивность ультрафиолетового и рентгеновского излучений, достигающих Земли через 8 минут. Вспышки на Солнце создают мощную ударную волну и вызывают выбрасывание в пространство облака плазмы. Она распространяется в пространстве со скоростью 100 км/с и за 2 суток достигает Земли, вызывая магнитные бури и возмущения ионосферы. При этом возрастает неустойчивость атмосферы, что приводит к нарушению характера атмосферной циркуляции, то есть развитию циклонов и других метеорологических явлений. Магнитные бури и нарушения атмосферной циркуляции отрицательно сказываются на жизни организмов.

На Землю поступают также космические лучи галактического происхождения – это поток протонов и ядер высоких энергий с большой проникающей способностью. Они пронизывают всю географическую оболочку, плотность космических лучей очень незначительна, однако они в атмосфере производят вторичные радиоактивные изотопы, которые включаются в общий круговорот химических веществ в географической оболочке.

Радиоактивность географической оболочки связана, главным образом, с присутствием долгоживущих радиоактивных изотопов 40К, 235U, 238U, в различных природных телах. Как отмечал В. И. Вернадский, радиоактивный распад некоторых элементов является характерным свойством географической оболочки. Радиоактивность относиться к важнейшим факторам, вызывающим мутацию у различных организмов

Таким образом, радиационная обстановка географической оболочки является важнейшим фактором существования и изменения живого вещества – в настоящее время и прошлые геологические эпохи.

Как уже отмечалось, в энергетических процессах, происходящих в географической оболочке очень важное место принадлежит радиации Солнца. Источником мощного излучения солнечной энергии являются термоядерные реакции в его недрах, то есть процессы превращения водорода в гелий. Однако важную роль в непрерывном движении материи на Земле играет также внутренняя энергия планеты. В.И. Вернадский так писал о земной коре: «Большая часть материи в ней находится в непрерывном движении – миграциях и образует обратимые и замкнутые циклы, всегда возобновляющиеся и тождественные (геохимические циклы). Они возобновляются над поверхностью энергией Солнца, поглощаемые живым веществом, а в глубине – атомной энергией, обусловленной радиоактивным распадом.

Географическая зональность как свойство географической оболочки

Многие физико-географические явления в географической оболочке распределяются в форме полос, вытянутых вдоль параллелей, или под некоторым углом к ним. Это свойство географических явлений называется зональностью (закон географической зональности).

Представления о природной зональности возникли еще у древнегреческих ученых. Так, в V в. до н.э. Геродот и Эвдоникс отмечали пять зон Земли: тропическую, две умеренные и две полярные. Большой вклад в учение о природной зональности внес немецкий географ Гумбольдт, который установил климатические и растительные зоны Земли («География растений», 1836 г.). В России представления о географической зональности высказаны в 1899 г. Докучаевым в книге «Учение о зонах природы. Горизонтальные и вертикальные почвенные зоны». Профессору Григорьеву принадлежат исследования о причинах и факторах зональности. Он пришел к выводу о большой роли соотношения радиационного баланса и количества годовых осадков (1966 г.).

В настоящее время считается, что природная зональность представлена

  1. компонентной зональностью;
  2. ландшафтной зональностью.

Все компоненты географической оболочки подчинены Мировому закону зональности. Зональность отмечается для климатических показателей, растительных группировок и типов почв. Она проявляется также в гидрологических и геохимических явлениях, как производная от климатических и почвенно-растительных условий.

В основе зональности физико-географических явлений находится закономерность поступления солнечной радиации, приход которой убывает от экватора к полюсам. Однако на такое распределение солнечной радиации накладывается фактор прозрачности атмосферы, который является азональным , так как он не связан с формой Земли. От солнечной радиации зависит температура воздуха, на распределения которой влияет еще один азональный фактор – свойства земной поверхности – ее теплоемкость и теплопроводность. Этот фактор приводит к еще большему нарушению зональности. На распределение тепла на поверхности Земли большое влияние оказывают также океанические и воздушные течения, образующие системы переноса тепла.

Еще более сложно распределяются на нашей планете атмосферные осадки. Они имеют, с одной стороны, зональный характер, а с другой – связаны с положением территории в западной или восточной части континентов и высотой земной поверхности.

Совместное воздействие тепла и влаги является основным фактором, который определяет большинство физико-географических явлений. Поскольку в распределении влаги и тепла сохраняется ориентация по широте, то и все явления, связанные с климатом, ориентированы поширотно. В результате на Земле образуется поширотная структура, называемая географической поясностью .

Поясность проявляется в распределении основных климатических характеристик: солнечной радиации, температуры и атмосферного давления, что приводит к образованию системы из 13 климатических поясов . Растительные группировки на Земле также образуют вытянутые полосы, но более сложной конфигурации, чем климатические пояса. Их называют зонами растительности . Почвенный покров тесно связан с растительностью, климатом и характером рельефа, что позволило В.В. Докучаеву выделить генетические типы почв.

В 50-х годах XX столетия географы Григорьев и Будыко развили закон зональности Докучаева и сформулировали периодический закон географической зональности . Этим законом устанавливается повторение однотипных географических зон внутри поясов – в зависимости от соотношения тепла и влаги. Так, лесные зоны имеются в экваториальном, субэкваториальном, тропическим и умеренном поясах. Степи и пустыни также встречаются в разных географических поясах. Наличие однотипных зон в разных поясах объясняется повторением одинаковых соотношений тепла и влаги.

Таким образом, зона – это крупная часть географического пояса, которая характеризуется одинаковыми показателями радиационного баланса, годовой суммы осадков и испаряемости. В начале прошлого века Высоцкий предложил коэффициент увлажнения, равный отношению количества осадков к испаряемости. Позднее Будыко для обоснования периодического закона ввел показатель – радиационный индекс сухости, представляющий собой отношение поступающего количества солнечной энергии к затратам тепла на испарение атмосферных осадков. Как установлено, имеется тесная связь географических зон с величиной поступления солнечного тепла и радиационным индексом сухости.

Географические пояса внутренне неоднородны, что, прежде всего, связано с азональной циркуляцией атмосферы и переносом влаги. С учетом этого выделяются секторы. Как правило, их три: два океанических (западный и восточный) и один континентальный. Секторность это географическая зональность, которая выражается в смене основных природных показателей по долготе, то есть от океанов вглубь материков.

Ландшафтная зональность определяется тем, что географическая оболочка в процессе своего развития приобрела «мозаичное» строение и состоит из множества природных комплексов неодинаковой величины и сложности. По определению Ф.Н. Милькова ПТК – это саморегулируемая система взаимосвязанных компонентов, функционирующая под воздействием одного или нескольких компонентов, выступающих в роли ведущего фактора.

Пространственная или поясно-зональная структура географической оболочки

Многие физико-географические явления на земной поверхности распределяются в форме полос, вытянутых вдоль параллелей, или под некоторым углом к ним. Это свойство географических явлений называется зональностью.

Представления о природной зональности возникли еще у греческих ученых. Так, в 5 веке до нашей эры Геродот и Эвдоникс уже отмечали пять зон Земли: тропическую, две умеренные и две полярные.

Значительный вклад в учение о природной зональности внес немецкий географ А. Гумбольдт, который установил климатические и растительные зоны Земли: горизонтальные – на равнинах и вертикальные – в горах. Как видно, эти зоны носят биоклиматический характер. Наиболее полно его взгляды отражены в книге «География растений» (1836 г.).

В России представления о географической зональности высказаны в 1899 году В.В. Докучаевым в книге «Учение о зонах природы. Горизонтальные и вертикальные почвенные зоны».

А.А. Григорьеву принадлежат теоретические изыскания о причинах и факторах географической зональности. Он приходит к важному выводу, что большую роль при этом играет соотношение радиационного баланса и количества годовых осадков (1966 г.). В настоящее время считается, что природная зональность представлена:

  1. Компонентной зональностью;
  2. Ландшафтной зональностью.

gipotet

 

Схема географических поясов и основных зональных типов ландшафтов на гипотетическом материке (По А. М. Рябчикову).


Компонентная зональность. Все компоненты географической оболочки несут на себе печать воздействия мирового закона зональности. Зональность отмечается для: климатических показателей, растительных группировок, типов почв. Она проявляется также в гидрологических и геохимических явлениях, как производная от климатических и почвенно-растительных условий. В основе зональности физико-географических явлений находится закономерность поступления на Землю солнечной радиации, приход которой убывает от экватора к полюсам.

Если бы не особенности атмосферы и земной поверхности, то все процессы в географической оболочке определялись бы лишь этой закономерностью. Однако атмосфера имеет различную прозрачность в зависимости от облачности, запыленности, количества водяного пара и других примесей. Распределение прозрачности атмосферы является также зональным, что хорошо видно на космических фотоснимках Земли. Полосы облаков при этом образуют пояса вдоль экватора и в умеренных зонах. Так, на зональный фактор убывания солнечной радиации от экватора к полюсам накладывается фактор прозрачности атмосферы, значительно усложняющей закономерность поступления лучистой энергии к Земле.

Этот фактор является в определенной мере азональным, так как он не связан ни с формой Земли, ни с положением земной поверхности по отношению к Солнцу. От солнечной радиации зависит температура воздуха. Однако на характер ее распределения влияет еще один азональный фактор – термические свойства земной поверхности, то есть ее теплоемкость и теплопроводность.

Этот фактор приводит к еще большему нарушению зональности. На распределение тепла и температуры поверхности Земли большое влияние оказывают океанические и воздушные течения, образующие системы переноса тепла.

Еще более сложно распределяются на нашей планете атмосферные осадки. Они имеют, с одной стороны, зональный характер, а с другой – связаны с положением территории на западной или восточной частях континентов, а также высотой земной поверхности над уровнем Океана. Совместное воздействие тепла и влаги является основным фактором, который определяет большинство физико-географических явлений. Поскольку в распределении влаги и особенно тепла сохраняется поширотная ориентация, то и все явления, связанные с климатом – ориентированы поширотно. При этом образуется поширотная структура, которая называется географической поясностью.

Поясная структура природных явлений на Земле впервые была подробно описана в 19 веке А. Гумбольдтом. В конце прошлого века В.В. Докучаевым был сформулирован мировой закон зональности. В первой половине 20 века ученые стали говорить о географических зонах, то есть о вытянутых территориях с единотипным характером многих физико-географических явлений.

Поясность наиболее отчетливо проявляется в распределении климатических характеристик: солнечной радиации, температуры и атмосферного давления. При этом свойства воздушных масс зависят от широты, радиация и температура изменяются постепенно от низких широт к высоким.

Границами изменений этих условий обычно являются изотермы. Более неравномерно распределяется на земной поверхности атмосферное давление. При этом существуют пояса повышенного и пониженного атмосферного давления. Таких поясов выделяется семь: экваториальный и два умеренных, с пониженным давлением; два тропических и два полярных, с повышенным давлением. Между основными поясами происходит сезонная смена давления. Образуется шесть промежуточных поясов: по два субэкваториальных и субтропических, субарктический и субантарктический. Таким образом, в целом, получается система из 13 климатических поясов:

  1. Экваториальный пояс с постоянным господством экваториальных воздушных масс;
  2. Два субэкваториальных пояса, где летом экваториальный, а зимой – тропический воздух;
  3. Два тропических пояса, где постоянно тропический воздух;
  4. Два субтропичеких пояса, где летом – тропический воздух, зимой – умеренных широт;
  5. Два умеренных, где постоянно воздух умеренных широт;
  6. Субарктический и субантарктический пояса – летом воздух умеренных широт, зимой – арктический воздух;
  7. Арктический и антарктический пояса, где постоянно находятся арктические и антарктические воздушные массы.

Растительные группировки на Земле также образуют вытянутые полосы, но более сложной конфигурации, чем климатические пояса. Их называют зонами растительности это: арктическая пустыня, тундра, тайга, лиственные летнезеленые леса, степи, полупустыни, саванны, экваториальные дождевые леса и т.д.

Почвенный покров тесно связан с растительностью, климатом и характером рельефообразующих пород. В.В. Докучаевым выделены генетические типы почв: тундровые глеевые, таежные подзолистые, дерново-подзолистые, черноземные, каштановые степей, сероземы полупустынь и пустынь и др. В учение о зональности после В.В. Докучаева внесли определенный вклад Л.С. Берг, Г.Н. Высоцкий и А.А. Борзов.

Литература.

  1. Смольянинов В. М.  Общее землеведение: литосфера, биосфера, географическая оболочка. Учебно-методическое пособие / В.М. Смольянинов, А. Я. Немыкин. – Воронеж : Истоки, 2010 – 193 c.