Лекция 3. Географическая оболочка. Структурные части го, факторы ее формирования, специфические свойства, строение и развитие
 Скачать 330.69 Kb.
|
|
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 Географической оболочка отличается очень большой сложностью состава и разнообразным состоянием вещества; В географической оболочке 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 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. Движения воздушных масс и водных потоков, которые образуют круговороты воздуха и влаги, то есть атмосферную циркуляцию и круговорот воды; Перенос минерального вещества и литосферные круговороты; 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: Радиационный цикл; Тепловой атмосферный (воздушный); Гидросферный (водный); Биохимический; Цикл минерального вещества; Литосферный цикл.  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 компонентной зональностью; 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. |