Барьеры в географической оболочке

Барьерами называют участки географической оболочки, которые оказывают существенное влияние на поля и потоки вещества и энергии, задерживая, трансформируя, усиливая или ослабляя их. Барьеры — характерная черта окружающего мира. Повышенная концентрация некоторых типов вещества на барьерах представляет особый интерес и стимулирует их изучение.

По своей природе барьеры можно подразделить на механические, физико-химические, биогеохимические и техногенные (рис. 6.9).

Механические барьеры разрушают географический объект или препятствуют его распространению. Например, горные системы (Анды, Кордильеры, Гималаи, Альпы, Кавказ, Урал и др.) представляют наиболее масштабные и заметные естественные барьеры. Такие барьеры трансформируют воздушные массы (что проявляется в увеличении количества осадков на наветренном склоне гор и уменьшении — на подветренном), расчленяют почвенно-растительный покров, определяют тепловой режим территории (вследствие разной экспозиции склонов). Любое, даже незначительное повышение рельефа изменяет скорость ветра, что в свою очередь обусловливает перераспределение снега. По отношению к водным потокам, препятствиями являются не только повышения, но и понижения рельефа: водный поток, дойдя до понижения, меняет свое направление и начинает двигаться вдоль него. Осевые линии горных хребтов и даже водораздельные линии пологих междуречий вынуждают выпадающие атмосферные осадки растекаться в противоположные стороны.

Рис. 6.9. Геохимические барьеры (по А.И.Перельману): 1 — механические; 2 — физико-химические; 3 — биогеохимические; 4 — техногенные; 5 — глубина проникновения кислородных вод в литосферу, зависящая от климата и геологического строения; А — кислородные; В, С — восстановительные барьеры, приуроченные к границе проникновения кислородных вод в литосферу. Цифра справа от буквы обозначает класс вод (3 — нейтральный, 6 — кислый)

Физико-химические барьеры изменяют свойства контактирующих объектов, вызывая эмерджентность (например, смешение различных воздушных масс в зоне атмосферного фронта) или препятствуя обмену между веществом и энергией вследствие их различий (запрещенный парагенезис). Среди физико-химических барьеров наиболее заметны геохимические барьеры — участки земной коры, где на коротком расстоянии происходит смена природной обстановки с изменением свойств среды (окислительная — восстановительная, кислая — щелочная и др.), что определяет интенсивность миграции химических элементов и их возможные концентрации. Нередко на барьерах формируются месторождения полезных ископаемых (железа, марганца, серы и др.). Изучение геохимических барьеров помогает понять закономерности размещения полезных ископаемых и распространения загрязнителей.

На земной поверхности широко распространены биогеохимические барьеры (кислородные, глеевые, сероводородные и др.), связанные с соответствующими средами в географической оболочке.

До появления зеленых растений свободного кислорода на Земле не было, отчего геохимическая обстановка носила восстановительный (глеевый) характер: железо и марганец легко мигрировали, в почве и коре выветривания развивались процессы оглеения, отмершее органическое вещество захоронялось, не окисляясь.

С появлением зеленых растений (примерно 3,5 млрд лет назад) атмосфера обогатилась свободным кислородом, который окислял железо и марганец и переводил их в труднорастворимые соединения. Восстановительная обстановка переместилась в болота тундры, тайги и влажных субтропиков, в илы озер и глубокие горизонты подземных вод. В краевых частях болот и местах разгрузки глубинных глеевых вод возникал окислительный (кислородный) барьер. Если же кислородные воды встречали на своем пути глеевую обстановку, то создавался восстановительный барьер, где накапливались ванадий, селен, молибден и другие элементы, восстановленные формы которых обладают плохой растворимостью.

Сероводородная восстановительная среда характерна для солончаков и илов соляных озер степей и пустынь, а также для глубоких горизонтов подземных вод некоторых районов. При попадании кислородных и глеевых вод в сероводородную обстановку формируется сероводородный восстановительный барьер. Для него характерна аккумуляция металлов (железо, медь, цинк, свинец и др.), образующих нерастворимые сульфиды.

Возникновение барьеров связано также с щелочно-кислотными условиями, которые определяются концентрацией ионов водорода в воде. При большой величине рН формируются щелочные барьеры, на которых аккумулируются преимущественно катионогенные металлы. При малой величине рН образуются кислые барьеры, на которых накапливаются анионогенные элементы (неметаллы и некоторые металлы).

Техногенные барьеры отражают результат антропогенного вмешательства и представлены плотинами, дамбами и другими объектами.

Барьеры возникают также при смене типов подстилающей поверхности (смена суши морем и наоборот, степной растительности — лесной, орошаемого поля — неорошаемым и др.), которая приводит к трансформации и изменению структуры ландшафтов.

Специфическим барьером является экватор — невидимая граница, от которой отклоняющая сила вращения Земли (сила Кори-олиса) направлена в разные стороны: в Северном полушарии — вправо, в Южном — влево.

Роль естественных барьеров в органическом мире. Биота наиболее чувствительна к изменчивости окружающей обстановки. Географическое распространение видов тесно связано с их экологической пластичностью. На пути неограниченного увеличения численности популяций и стремления расширить ареал встают внешние факторы: географические, экологические и биологические, которые могут представлять для биоты естественные барьеры.

В качестве географических факторов выступают крупные элементы строения земной поверхности, играющие роль преград на пути расселения организмов. Для сухопутных растений и животных такими преградами являются горные хребты, океаны и моря, проливы. Для водных организмов барьером служат обширные пространства суши или опресненные участки в морях и эстуариях.

Физико-химические параметры внешней среды, играя роль экологических факторов, в то же время могут выступать в качестве крупных естественных барьеров. Биологические виды тропических лесов, живущие в условиях теплого и влажного климата, не переходят в жаркие и сухие пустыни. Преградой на пути распространения деревьев на север в основном является изотерма самого теплого месяца в 10 "С. Ниже этой температуры деревья, как правило, расти не могут, что является одной из причин безлесья тундры. Аналогичные барьеры можно встретить в океане, где они носят названия гидрологических фронтов, определяемых по распределению температуры воды, солености и других элементов. Многие промысловые объекты (сайра, скумбрия и др.) скапливаются именно вблизи океанических фронтов или мигрируют вдоль их границ, придерживаясь определенной изотермы.

В роли биологических факторов выступают видовые, главным образом конкурентные отношения и хищничество (например, на мидиевых или устричных плантациях, когда моллюски противостоят агрессии со стороны морских звезд).

Ряд природных барьеров организмы преодолевают, другие — нет. Преодоление естественных барьеров происходит за счет повышения сопротивляемости организма, его адаптации (например, клопа к дусту), физического разрушения препятствия. Установлено, что мигрирующие на нагул или нерест рыбы (сайра, дальневосточные лососи) часто «ждут» благоприятной океанологической или астрономической ситуации перед проливом или гидрологическим фронтом, чтобы войти в «свой» район или пересечь фронтальную зону.