Лекция 6. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ И СТРУКТУРЫ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

Землеведение рассматривает мир как целостную систему, детальное изучение которого дает каждая частная географическая наука. Общие законы развития природы и закон всеобщей связи явлений проявляются как специфические законы развития и целостности географической оболочки Земли. В землеведении мы имеем дело с природными системами, плавно переходящими одна в другую на разном уровне организации. Непрерывное единство событий называют континуумом.

Единство и целостность географической оболочки проявляются в том, что нельзя выделить ее часть (геосферу), не нарушив целое и не разрушив самой части, которая не может существовать вне целого.

Каждый компонент географической оболочки (рельеф, почва, воды, органический мир и др.) существует и развивается по своим законам. Однако ни один из них не существует и не развивается изолированно от других компонентов. Взаимодействие всех компонентов связывает их в единую материальную систему, где все части зависят и влияют одна на другую. Непрерывный обмен вещества и энергии между отдельными частями географической оболочки определяет ее целостность, которая настолько велика, что изменение в одном звене неизбежно отразится на остальных.

Географическая оболочка — это поразительно слаженный механизм. Например, таяние льдов неизбежно приведет к поднятию уровня Мирового океана. Это усилит эрозионную работу рек, что приведет к изменениям во внутренних районах континентов. В тропических морях кораллы будут наращивать свои постройки, чтобы догнать поднявшийся уровень океана (если растопить льды Антарктиды, уровень Мирового океана поднимется на 60 м). Одновременно произойдут изменения во всех процессах географической оболочки. Таким образом, потоки вещества (воздуха, воды, минеральных частиц и др.) и энергии служат своего рода каналами, связывающими части географической оболочки в единое целое.

Масштаб изменения системы зависит от масштаба изменения ее составных частей. Скорости развития разнокачественных компонентов не совпадают. По степени консервативности их можно расположить в убывающий ряд: литогенная основа—рельеф — климатические явления — воды—почва—растительность—животный мир. Кроме того, динамичность зависит от обстановки, в которой они находятся: деревья в тропиках растут быстрее, чем в умеренном климате. Компоненты могут тормозить эволюцию других составляющих и системы в целом, либо, напротив, усиливать ее.

Практическое значение закона целостности. Закон целостности географической оболочки — основа рационального природопользования. Вторгаясь в природу, человек порождает в ней цепную реакцию. Закон целостности предупреждает о необходимости предварительного и тщательного изучения структуры всякой территории и акватории, подвергающихся воздействию.

В природе существуют не просто цепи причин и следствий, ацелые системы взаимосвязей, игнорирование которых приводит кэкономическим и экологическим просчетам. Антропогенное вмешательство в сферу причинно-следственных связей природы, по образному выражению Д.Л.Арманда, подобно «вторжению шмелей в паутину». Воздействия человека, направленные, как правило, на ограниченные регионы (звенья), распространяются на значительные территории и акватории, и в итоге на всю географическую оболочку.

Таким образом, в географической оболочке наблюдается диалектическое сочетание единства и целостности ее структурных компонентов.

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.

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 с конкретными 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.

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. 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.

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.

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).

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).

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. 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.

Понятие «ландшафт» относится к физико-географическому комплексу, т.е. к сочетанию взаимодействующих природных компонентов — геологического строения, рельефа, атмосферного воздуха, вод суши, почв, растительности и животного мира. Под ландшафтом обычно понимают территорию, природные условия которой относительно однородны. К одному ландшафту можно отнести территории, разобщенные между собой, но сходные по природным характеристикам. Помимо ландшафтов суши есть попытки выделения подводных ландшафтов — аквальных природных комплексов. Типы ландшафтов определяют своеобразие природных, или ландшафтных, зон — крупных подразделений земной поверхности внутри географических поясов.

Названия природных зон даны по ландшафтно-ботаническому признаку, так как растительный покров — это и «одежда» ландшафта, придающая ему характерный облик, и чрезвычайно чуткий индикатор разнообразных природных условий. Необходимо, однако, учитывать, что:

1) ландшафтная зона не идентична никакой другой зоне, выделяемой по отдельному компоненту ландшафта (в зоне тундр помимо тундровой растительности по долинам рек растут леса, в зоне степей почвоведы выделяют и зону черноземов, и зону каштановых почв);

2) облик ландшафтной зоны создан не только современными природными условиями, но и всей историей формирования;

3) зональность Южного полушария не является зеркальным отражением зональности Северного полушария.