Поясно-зональные структуры

Географическая зональность.Важнейшей чертой Земли является закономерное изменение природных компонентов от экватора к полюсам, что проявляется в зональности. Основные причины зональности — форма и положение Земли относительно Солнца, вследствие чего солнечные лучи падают на земную поверхность под разными углами, постепенно уменьшающимися в обе стороны от экватора. Очевидно, что если бы Земля была плоскостью, как угодно ориентированной к потоку солнечных лучей, они падали бы на нее всюду одинаково и равномерно ее нагревали.

Таким образом, наличие зональности на земном шаре обусловлено планетарно-космическими причинами. Географическая оболочка активно трансформирует все внешние воздействия, поэтому, как заметил С.В. Калесник, правильнее говорить, что «планетарно-космические причины создают только основные предпосылки для возникновения зональности».

Сферы проявления зональности.Зональность тепловых условий была известна географам античного времени, а тепловые пояса выделяли еще древние греки. А. Гумбольдт установил зональность и высотную поясность растительности. Но честь и заслуга научного открытия географической зональности принадлежит В.В.Докучаеву, который в 1899 г. назвал зональность мировым законом. Действительно, многие физико-географические явления распределяются на земной поверхности в виде вытянутых вдоль параллелей полос. Эта пространственная структура свойственна прежде всего климатическим, гидрологическим, гидрохимическим явлениям, почвенному и растительному покрову.

С. В. Калесник подчеркивал, что «...по причине зонального распределения солнечной лучистой энергии на Земле зональны температура воздуха, воды и почвы, испарение и облачность, атмосферные осадки, барический рельеф и системы ветров, воздушные массы, климат, характер гидрографической сети, гидрологические и геохимические процессы, выветривание и почвообразование, растительный и животный мир, скульптурные формы рельефа, и, наконец, географические ландшафты, объединяемые в связи с этим в ландшафтные зоны». По мере удаления от земной поверхности зональность постепенно затухает. Например, в абиссальной области океанов температура практически постоянна и равна 2—3°С, сезонные и суточные колебания температуры почвы охватывают слой горных пород не глубже нескольких метров.

Конечно, мировой закон зональности отражает лишь общие закономерности. Земная поверхность сложна и мозаична и зональные черты выделяются путем относительной генерализации более мелких структурных подразделений. Любая из имеющихся на сегодняшний день схема зонального деления земной поверхности и зонального распределения отдельных компонентов географической оболочки отличается лишь самим элементом, степенью подробности и объективной точности.

Радиационные пояса. Количество солнечной радиации, получаемое Землей, зависит от расстояния между Землей и Солнцем и угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Ближе всего к Солнцу Земля находится в начале января, дальше всего — в начале июля. Разница между этими расстояниями составляет 5 млн км, вследствие чего Земля в первом случае получает на 3,4% больше, а во втором на 3,5% меньше радиации, чем при среднем расстоянии от Земли до Солнца (в начале апреля и в начале октября). Угол падения солнечных лучей зависит в свою очередь от географической широты и высоты Солнца над горизонтом (меняющейся в течение суток и по временам года). Различный приход солнечной радиации на разных широтах позволяет выделить радиационные пояса: жаркий (между тропиками), два умеренных (между тропиками и полярными кругами) и два холодных (между полюсами и полярными кругами). Их иногда изображают в виде поясов освещенности Земли.

Тепловые пояса. Помимо географической широты, на распределение тепла на Земле влияют соотношение площадей суши и моря, состояние атмосферы, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения. Если принять во внимание эти факторы, то, очевидно, что границы тепловых поясов совмещать сконкретными параллелями не совсем правильно. Поэтому в качестве границ обычно принимают изотермы: годовые — для выделения пояса, в котором годовые амплитуды температуры воздуха; малы, и самого теплого месяца — для выделения поясов, где колебания температуры в году более резкие. По этому принципу выделяют тепловые пояса, которых также пять: теплый, или жаркий, ограниченный в каждом полушарии годовой изотермой +20°С, проходящей вблизи 30-й северной и 30-й южной параллели, два умеренных, которые в каждом полушарии лежат между годовой изотермой +20°С и изотермой +10°С самого теплого месяца (соответственно, июля или января), два холодных, в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°С.

Климатические пояса. В.В.Докучаев обратил внимание на то, что в формировании природных зон участвуют не только прямая солнечная радиация, но и такие важные элементы климата, как адвективное тепло и влага. Он также установил, что для каждой природной зоны характерно определенное количество тепла и годовое количество атмосферных осадков, а также соотношение между ними. Рассматривая проблему географической зональности, А.А. Григорьев констатировал, что в основе изменений строения и развития географической среды по поясам, зонам и подзонам лежат, прежде всего, изменения количеств тепла, влаги и их соотношения. М.И. Будыко доказал тесную связь географических зон с двумя климатическими параметрами — радиационным балансом земной поверхности и радиационным индексом сухости. Из этого можно заключить, что основным фактором формирования географических зон является климат.

Действительно, атмосферная и океаническая циркуляции и влагооборот влияют на тепловые условия земного шара, а следовательно, и на все то, что прямо или косвенно ими управляется. Причины и следствия переплетены здесь настолько тесно, что все три фактора должны рассматриваться как сложное единство. Каждый из перечисленных факторов зависит от географической широты места, высоты над уровнем моря и характера земной поверхности. Широта определяет величину солнечной радиации. С высотой меняются температура и давление воздуха, содержание в нем влаги, режим ветров. Так как все климатообразующие факторы, кроме рельефа и расположения суши и моря, имеют тенденцию к зональности, вполне естественно, что и климаты зональны.

По относительной устойчивости климата отдельных участков земной поверхности выделяют тринадцать климатических поясов: экваториальный, два субэкваториальных, два тропических, два субтропических, два умеренных, два субарктических, два арктических.

Географические пояса. Климатические пояса служат основой для выделения географических поясов — наиболее крупных зональных подразделений географической оболочки (рис. 6.1). По числу и даже по названиям географические пояса совпадают с климатическими. Однако границы этих поясов совпадают не везде, что связано с более сложной организацией географических поясов, включающих почвенно-растительный покров, геоморфологические, биохимические, гидрогеологические объекты, которые могут не соответствовать всем параметрам современного климата.

Рис. 6.1. Географическая поясность земного шара (по Д.В. Богданову): пояса океана: А — полярный арктический; Б — субполярный субарктический; В — умеренный; Г — субтропический; Д — тропический пассатный; Е — экваториальный; Ж — тропический пассатный; 3 — субтропический; И — умеренный; К — субполярный субантарктический; Л — полярный антарктический; пояса суши: 1 — арктический (ледовая пустыня); 2 — субарктический (тундра, лесотундра); 3 — умеренный (тайга, листопадные леса, степь); 4 — субтропический (сухие средиземноморские и влажные субтропики, субтропики, полупустыни, пустыни); 5 — тропический (пустыни); 6 — субэкваториальный (листопадные леса, саванны, редколесья); 7 — экваториальный (вечнозеленые, дождевые леса); 8 — субэкваториальный (влажные саванны, сухие леса, редколесья); 9 — тропический (пустыни, сухие и влажные саванны, редколесья); 10 — субтропический (сухие и влажные субтропики); 11 — умеренный (в основном безлесный); 12 — субполярный; 13 — ледниковый (Антарктида)

В пределах географических поясов выделяют географические, или ландшафтные зоны, которые характеризуются господством одного зонального типа ландшафта. Зоны в меньшей степени, чем пояса, имеют широтную ориентацию и протяженность, так как условия увлажнения обусловлены не только климатическими факторами, но и структурой самого ландшафта. Ландшафтными географические зоны впервые назвал Л.С. Берг, утверждавший, что их границы подвижны, т. е. с течением времени меняют свое положение на земной поверхности. Причиной такого перемещения он считал коренные изменения климата в прошлом. Изменения, связанные с перемещением зон, охватывают кору выветривания, почвы, растительность и животный мир и естественно меняют облик ландшафта. Палеогеографические исследования подтверждают факт смещения ландшафтных зон в ходе геологического времени и климатическую обусловленность их формирования и подвижности.

К.К.Марков, исследуя историю географической зональности, установил два типа зональности, которые сменяли друг друга во времени. В геологические эпохи, когда средняя температура земной поверхности была сравнительно высокой, формировалась простая, обычно субширотная зональность с сильным развитием тропических областей. В холодные периоды общее число географических зон и поясов увеличивалось, внутритропическое пространство сужалось, границы поясов и зон сдвигались в сторону от экватора, за счет чего расширялись внетропические пространства. Современная поясно-зональная структура земной поверхности дает основание полагать, что Земля еще переживает холодный период с сохранением ледниковых покровов, поскольку ледники свойственны не только полярным областям, но и высокогорьям всего земного шара.

Периодический закон географической зональности.Климатические условия географических поясов и зон можно оценить с помощью показателей: коэффициента увлажнения Высоцкого—Иванова к = Х/Е₀ (где X— годовая сумма осадков, мм; Е₀ — годовая испаряемость, мм) и радиационного индекса сухости Будыко r= R/LX (где R — годовой радиационный баланс; LX— энергия, которая потребовалась бы на испарение выпадающих атмосферных осадков). Значения показателей определяют характер увлажненности ландшафтов: аридный (засушливый) или гумидный (влажный). Чтобы отобразить влияние ландшафтных условий на увлажнение, А.М. Рябчиков предложил соотносить радиационный баланс не с атмосферными осадками (они в большей мере зависят от циркуляционных процессов, чем от структуры ландшафта), а с валовым, или продуктивным, увлажнением W, которое равно количеству осадков минус поверхностный сток.

Значения показателей могут повторяться в зонах, относящихся к разным географическим поясам. При этом величина к определяет тип ландшафтной зоны, а величина r — конкретный характер и облик зоны. Например, к>3 во всех случаях указывает на тип пустынных ландшафтов, но в зависимости от величины R облик пустыни меняется: при r=0—50 ккал/см² в год — это пустыня умеренного климата; при r=50—75 ккал/см² в год — пустыня субтропического климата и при r>75 ккал/см² в год — пустыня тропического климата. Если к близок к 1, это значит, что осадков выпадает столько же, сколько может испариться.

В низких широтах (примерно от 0° до 30°) фактором, лимитирующим произрастание растительности, является влага. Здесь наблюдаются следующие зоны: влажные экваториальные леса, тропические леса, листопадные леса, саванны, опустыненные саванны, тропические пустыни. В высоких широтах (примерно от 65° и выше) лимитирующим фактором является теплота. Здесь сформировались лесотундры, тундры, арктические пустыни. Между высокими и низкими широтами в условиях субтропических и умеренных поясов наблюдаются разные сочетания тепла и влаги. Так, пустыни (субтропические и умеренного пояса) находятся в тех районах, где увлажнение недостаточное (к<1, r>1), а влажные субтропические, широколиственные, смешанные леса и тайга сформировались в районах с хорошим увлажнением (к и r близки к 1).

Хотя на каждом материке расположение зон имеет свои особенности, можно установить главные закономерности. На рис. 6.2 показана модель идеального материка, где отсутствуют горы, а океаническая циркуляция соответствует реальной. На схеме отчетливо видна близкая к широтной ориентация поясов, тогда как зоны ориентированы более разнообразно.

Внимательное рассмотрение схемы позволяет увидеть повторение сходных географических зон в разных поясах. Например, лесные зоны есть в экваториальном, субэкваториальном, тропическом, субтропическом и умеренном поясах. В нескольких поясах встречаются степные, полупустынные и пустынные зоны, а также зоны переходного типа между лесными и степными (высокотравные саванны, редколесья, лесостепи и др.). Эта особенность позволила А. А. Григорьеву и М. И. Будыко во второй половине XX столетия сформулировать периодический закон географической зональности, согласно которому наличие однотипных ландшафтных зон в разных поясах связано с повторением одинаковых соотношений тепла и влаги (рис. 6.3).

Изложенные закономерности справедливы для равнинных территорий. В горных районах с высотой понижается температура, изменяется количество осадков (обычно увеличивается до определенных высот, а затем уменьшается). Имеют значение крутизна и экспозиция склонов, а также облачность. Соответственно этому изменяются и водно-тепловые условия, что приводит к смене ландшафтных зон с высотой. Закономерная смена природных условий и ландшафтов с высотой получила название высотной поясности (высотная зональность, вертикальная зональность).

Рис. 6.2. Схема географических поясов и основных типов ландшафтов на гипотетическом материке

Рис. 6.3. Соотношение теплоты и влаги как основной показатель типов ландшафтов (по А. М. Рябчикову, 1984)

Рис. 6.4. Структура вертикальной поясности ландшафтов в континентальных секторах материков (по А. М. Рябчикову): 1 - ландшафты листопадно-вечнозеленых субэкваториальных лесов; 2 - ландшафты муссонных лесов

Рис. 6.5. Структура вертикальной поясности ландшафтов во влажных приокеанических секторах материков (по А. М. Рябчикову): 1 — ландшафты листопадно-вечнозеленых субэкваториальных лесов; 2 — ландшафты муссонных лесов; 3 — ландшафты саванн; 4 — колючие и суккулентные редколесья; 5 — буковое криволесье; 6 — травяные луга; 7— хвойные леса с верещатниками; 8 — бамбуково-папоротниковые леса

Зоны на равнинах и высотные пояса формируют своеобразную систему. Например, зона арктических (полярных) пустынь на уровне моря находится на широте 65 — 85°, а в более низких широтах она возможна лишь на определенной высоте в горах. Обобщенное распределение географических зон в зависимости от широты и высоты над уровнем моря во влажных и континентальных секторах материков показано на рис. 6.4—6.5. В реальности сплошного распределения зон от уровня моря до снеговой границы не существует, имеются лишь фрагменты такой картины в разных горных системах.

Общие черты циркуляции атмосферы, управляющие переносом влаги, необходимо учитывать при делении географических поясов на секторы. Выделяют три сектора: два океанических и один континентальный, или западный, центральный и восточный. В холодном поясе секторы не выявляют, так как морская и континентальная области не имеют резких различий. По классификации А. Г. Исаченко, целесообразно выделение пяти секторов: западный приокеанический, восточный приокеанический, слабо- и умеренно континентальный, континентальный, резко континентальный.