Лекция 3. Географическая оболочка. Структурные части го, факторы ее формирования, специфические свойства, строение и развитие
 Скачать 330.69 Kb.
|
|
Структурные части ГО, факторы ее формирования, специфические свойства, строение и развитие. 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 оболочки – нечеткие. 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 географической 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: Географическая оболочка отличается очень большой сложностью состава и разнообразным состоянием вещества; В ней сосредоточена жизнь и существует человеческое общество; Все физико-географические процессы в этой оболочке протекают за счет солнечной и внутренней энергии Земли; 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" Названа географическая оболочка (ГО). Появилось – в тридцатые годы 20 века. 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. Примеромего 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 оболочки – нечеткие. 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. |