Составные части географической оболочки называются. Структура географической оболочки
Земля включает в себя несколько концентрических оболочек. Географической оболочкой называется особая оболочка Земли, где соприкасаются и взаимодействуют верхняя часть литосферы, нижняя часть атмосферы и гидросфера, в границах которых развиваются живые организмы. Как уже отмечалось, из планет Солнечной системы географическая оболочка характерна только для Земли.
Точные границы географической оболочки точно не определены. Принято считать, что вверх она простирается до «озонового экрана», то есть до высоты в 25 км. Гидросфера входит в географическую оболочку целиком, а литосфера – только своими верхними слоями, до глубины в несколько километров. Таким образом, в своих границах географическая оболочка почти совпадает с биосферой.
Специфическими особенностями географической оболочки являются большое разнообразие вещественного состава и видов энергии, наличие жизни, существование человеческого общества.
Существование и развитие географической оболочки связано с рядом закономерностей, главными из которых являются целостность, ритмичность и зональность .
Целостность географической оболочки обусловлена взаимным проникновением друг в друга ее составных частей. Изменение одной из них приводит к изменению других. Примером могут служить четвертичные оледенения. Похолодание климата привело к образованию толщ снега и льда, которые покрывали северные части Евразии и Северной Америки. В результате оледенения возникли новые формы рельефа, изменились почвы, растительность, животный мир.
Проявлением целостности географической оболочки является система круговоротов. Все оболочки Земли охватывает большой круговорот воды. В процессе биологического круговорота зеленые растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей. Из неорганических веществ (CO 2 и H 2 O ) образуются органические (крахмал). Животные, не обладая такой способностью, используют готовые органические вещества, поедая растения или других животных. Микроорганизмы разрушают органическое вещество погибших растений и животных до простых соединений. Их снова будут использовать растения.
Повторяемость во времени тех или иных явлений природы называется ритмичностью . Существуют ритмы разной продолжительности. Наиболее очевидны суточная и сезонная ритмика. Суточная ритмика обусловлена движением Земли вокруг оси, сезонная – орбитальным движением. Кроме суточных и годовых имеют место и более продолжительные ритмы, или циклы . Так, в неоген-четвертичное время неоднократно сменяли друг друга эпохи оледенений и межледниковья. В истории Земли выделяется несколько циклов горообразовательных процессов.
Зональность
– одна из главных закономерностей геогра
фической оболочки. Она проявляется в упорядоченной схеме природных компонентов при движении от полюсов к экватору. В основе зональности лежит неодинаковое количество солнечного тепла и света, получаемого различными участками земной поверхности. Зональности подчиняются многие компоненты природы: климат, воды суши, мелкие формы рельефа, образованные действием внешних сил, почвы, растительность, животный мир. Не подчиняются закону зональности проявления внешних сил Земли, особенности движения и строения земной коры и связанное с этим размещение крупных форм рельефа.
Остались вопросы? Хотите знать больше о географический оболочке Земли?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Географическая оболочка земли или ландшафтная оболочка, сфера взаимопроникновения и взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Характеризуется сложным составом и строением. Вертикальная мощность географической оболочки составляет десятки километров. Целостность географической оболочки определяется непрерывным энерго- и массообменом между сушей и атмосферой, Мировым океаном и организмами. Природные процессы в географической оболочке осуществляются за счет лучистой энергии Солнца и внутренней энергии Земли. В пределах географической оболочки возникло и развивается человечество, черпающее из оболочки ресурсы для своего существования и воздействующее на нее.
Верхнюю границу Географическая оболочка проводить по стратопаузе, т.к. до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы. Границу географической оболочка в литосфере совмещают с нижним пределом области гипергенеза. Иногда за нижнюю границу Географическая оболочка принимают подножие стратисферы, среднюю глубину сейсмических или вулканических очагов, подошву земной коры, уровень нулевых годовых амплитуд температуры. Таким образом, географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже поверхности Земли, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25-30 км). Наибольшая толщина географической оболочки близка к 40 км.
Качественные отличия географической оболочки от других оболочек Земли состоит в следующем. Географическая оболочка формируется под действием как земных, так и космических процессов; она исключительно богата разными видами свободной энергии; вещество присутствует во всех агрегатных состояния; чрезвычайно разнообразна степень агрегированности вещества - от свободных элементарных частиц - от атомов, ионов, молекул до химических соединений и сложнейших биологических тел; концентрацией тепла, поступающего от Солнца; наличие человеческого общества.
Основные вещественные компоненты географической оболочки это слагающие земную кору горные породы формой - рельефом), воздушные массы, водные скопления, почвенный покров и биоценозы; в полярных широтах и высокогорьях существенна роль скоплений льда.
Основные энергетические компоненты это гравитационная энергия, внутреннее тепло Земли, лучистая энергия Солнца и энергия космических лучей. При всей ограниченности набора компонентов сочетания их могут быть весьма многообразными; это зависит и от числа входящих в сочетание слагаемых и от их внутренних вариаций, так как каждый компонент - это тоже очень сложная природная совокупность и главное - от характера их взаимодействия и взаимосвязей, т. е. от географической структуры.
Географическая оболочка присущи следующие важные черты:
1)целостность географической оболочки, обусловленная непрерывным обменом вещества и энергии между её составными частями, поскольку взаимодействие всех компонент связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт сопряжённое изменение и всех остальных.
2) Наличие круговорота веществ и связанной с ним энергией, обеспечивающего многократность одних и тех же процессов и явлений и их высокую суммарную эффективность при ограниченном объёме исходного вещества, участвующего в этих процессах. Сложность круговоротов различна: одни из них - механические движения (циркуляция атмосферы, система морских поверхностных течений), другие сопровождаются сменой агрегатного состояния вещества (оборот воды на Земле), в-третьих происходит также и его химическая трансформация (биологический круговорот). Круговороты, однако, не замкнуты, и различия между их начальными и конечными стадиями свидетельствует о развитии системы.
3) Ритмика, т. е. повторяемость во времени различных процсссов и явлений. Она обусловлена главным образом астрономическими и геологическими причинами. Выделяется ритмика суточная (смена дня и ночи), годовая (смена времён года), внутривековая (например, циклы в 25-50 лет, наблюдаемые в колебаниях климата, ледников, уровней озёр, водоносности рек и т.п.), сверхвековая (например, смена за каждые 1800-1900 лет фазы прохладно-влажного климата фазой сухого и тёплого), геологическая (циклы каледонский, герцинский, альпийский по 200-240 млн. лет каждый) и т.п. Ритмы, как и круговороты, не замкнуты: то состояние, какое было в начале ритма, в конце его не повторяется.
4).Непрерывность развития географической оболочки, как некоторой целостной системы под влиянием противоречивого взаимодействия экзогенных и эндогенных сил. Следствиями и особенностями этого развития являются: а) территориальная дифференциация поверхности суши, океана и морского дна на участки, различающиеся по внутренним особенностям и внешнему облику (ландшафты, геокомплексы); определяется пространственными изменениями географической структуры; особые формы территориальной дифференциации - географическая зональность, б) полярная асимметрия, т. е. существенные различия природы Географическая оболочка в Северном и Южном полушариях; проявляется в распределении суши и моря (подавляющая часть суши в Северном полушарии), климата, состава животного и растительного мира, в характере ландшафтных зон и т.п.; в) гетерохронность или метахронность развития географической оболочки, обусловленная пространственной разнородностью природы Земли, вследствие чего в один и тот же момент разные территории либо находятся в различных фазах одинаково направленного эволюционного процесса, либо отличаются друг от друга направлением развития (примеры: древнее оледенение в разных районах Земли начиналось и кончалось неодновременно; в одних географических зонах климат становится суше, в других в то же время - влажнее и т.п.).
Географическая оболочка является предметом изучения физической географии.
21.1. Понятие о географической оболочке
Географическая оболочка – целостная непрерывная приповерхностная часть Земли, в пределах которой соприкасаются и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и живое вещество. Это наиболее сложная и разнообразная материальная система нашей планеты. Географическая оболочка включает в себя целиком гидросферу, нижний слой атмосферы, верхнюю часть литосферы и биосферу, которые являются ее структурными частями.
Географическая оболочка не имеет четких границ, поэтому ученые проводят их по-разному. Обычно за верхнюю границу принимают озоновый экран, расположенный на высоте около 25– 30 км, где задерживается большая часть ультрафиолетовой солнечной радиации, которая губительно действует на живые организмы. В то же время основные процессы, определяющие погоду и климат, а следовательно, формирование ландшафтов, протекают в тропосфере, высота которой изменяется по широтам от 16–18 км у экватора до 8 км над полюсами. Нижней границей на суше чаще всего считают подошву коры выветривания. Эта часть земной поверхности подвержена наиболее сильным изменениям под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов. Ее максимальная мощность около одного километра. Таким образом, общая мощность географической оболочки на суше составляет около 30 км. В океане нижней границей географической оболочки считают его дно.
Следует, однако, заметить, что в отношении положения нижней границы географической оболочки среди ученых существуют наибольшие расхождения. Можно привести пять-шесть точек зрения на этот вопрос с соответствующими обоснованиями. При этом границу проводят на глубинах от нескольких сотен метров до десятков и даже сотен километров, причем по-разному в пределах материков и океанов, а также различных участков материков.
Нет единства и в отношении названия географической оболочки. Для ее обозначения были предложены следующие термины: ландшафтная оболочка или сфера, географическая сфера или среда, биогеносфера, эпигеосфера и ряд других. Однако в настоящее время большинство географов придерживается приведенных нами названий и границ географической оболочки.
Представление о географической оболочке как об особом природном образовании было сформулировано в науке в XX столетии. Главная заслуга в разработке этого представления принадлежит академику А. А. Григорьеву. Им же были раскрыты и основные особенности географической оболочки, которые сводятся к следующему:
Географической оболочке свойственно по сравнению с недрами Земли и остальной частью атмосферы большее разнообразие вещественного состава, а также поступающих в неевидов энергии и форм их преобразования.
Вещество в географической оболочке находится в трех агрегатных состояниях (за ее пределами преобладает одно какое-либо состояние вещества).
Все процессы здесь протекают за счет как солнечных, так и внутриземных источников энергии (за пределами географической оболочки – в основном за счет одного из них), причем солнечная энергия абсолютно преобладает.
Вещество в географической оболочке обладает широким диапазоном физических характеристик (плотность, теплопроводность, теплоемкость и др.). Только здесь есть жизнь. Географическая оболочка – арена жизни и деятельности человека.
5. Общим процессом, связывающим сферы, составляющие географическую оболочку, является перемещение вещества и энергии, которое совершается в виде круговоротов вещества и в изменениях составляющих балансов энергии. Все круговороты вещества происходят с различной скоростью и на различном уровне организации вещества (макроуровне, микроуровнях фазовых переходов и химических превращений). Часть энергии, поступающей в географическую оболочку, консервируется в ней, другая часть в процессе круговорота веществ уходит за пределы планеты, предварительно испытав ряд преобразований.
Географическая оболочка состоит из компонентов. Это определенные материальные образования: горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. Компоненты различаются по физическому состоянию (твердое, жидкое, газообразное), уровню организации (неживое, живое, биокосное – сочетание живого и неживого, к которому относится почва), химическому составу, а также по степени активности. По последнему критерию компоненты подразделяют на устойчивые (инертные) – горные породы и почвы, мобильные – вода и воздух и активные – живое вещество.
Иногда компонентами географической оболочки считают частные оболочки – литосферу, атмосферу, гидросферу и биосферу. Это не совсем правильное представление, ибо не вся литосфера и атмосфера входят в состав географической оболочки, а биосфера пространственно изолированной оболочки не образует: это область распространения живого вещества в пределах части других оболочек.
Географическая оболочка территориально и по объему почти совпадает с биосферой. Однако единой точки зрения относительно соотношения биосферы и географической оболочки нет. Одни ученые считают, что понятия «биосфера» и «географическая оболочка» очень близки или даже тождественны. В связи с этим вносились предложения заменить термин «географическая оболочка» на термин «биосфера» как более распространенный и знакомый широким массам людей. Другие ученые-географы рассматривают биосферу как определенную стадию развития географической оболочки (в ее истории выделяют три основных этапа: геологический, биогенный и современный антропогенный). По мнению третьих, термины «биосфера» и «географическая оболочка» не тождественны, поскольку в понятии «биосфера» внимание акцентируется на активной роли живого вещества в развитии этой оболочки и этот термин имеет особую биоцентрическую направленность. По-видимому, следует согласиться с последним подходом.
Географическую оболочку рассматривают ныне как систему, причем систему сложную (состоящую из множества материальных тел), динамическую (непрерывно изменяющуюся), саморегулирующуюся (обладающую опреде-
ленной устойчивостью) и открытую (непрерывно обменивающуюся с окружающей средой веществом, энергией и информацией).
Географическая оболочка неоднородна. Она имеет ярусную вертикальную структуру, состоящую из отдельных сфер. Вещество распределено в ней по плотности: чем выше плотность вещества, тем ниже оно расположено. При этом наиболее сложное строение географическая оболочка имеет на контакте сфер: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои Мирового океана), гидросферы и литосферы (дно Мирового океана), а также в прибрежной полосе океана, где контактируют гидросфера, литосфера и атмосфера. При удалении от этих зон контакта строение географической оболочки становится более простым.
Вертикальная дифференциация географической оболочки послужила основанием известному географу Ф. Н. Милькову для выделения внутри этой оболочки ландшафтной сферы – тонкого слоя прямого соприкосновения и активного взаимодействия земной коры, атмосферы и водной оболочки. Ландшафтная сфера – биологический фокус географической оболочки. Ее мощность изменяется от нескольких десятков метров до 200 – 300 м. Ландшафтная сфера распадается на пять вариантов: наземный (на суше), земноводный (мелководные моря, озера, реки), водно-поверхностный (в океане), ледовый и донный (дно океана). Самый распространенный из них – водно-поверхностный. Он включает в себя 200-метровый поверхностный слой воды и слой воздуха высотой 50 м. В состав наземного варианта ландшафтной сферы, лучше других изученного, входят приземный слой воздуха высотой 30 – 50 м, растительность с населяющим ее животным миром, почва и современная кора выветривания. Таким образом, ландшафтная сфера – активное ядро географической оболочки.
Географическая оболочка неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. В этом отношении она расчленяется на отдельные природные комплексы. Дифференциация географической оболочки на природные комплексы обусловлена неравномерным распределением тепла на разных ее участках и неоднородностью земной поверхности (наличие материков и океанических впадин, гор, равнин, возвышенностей и т. д.). Самый крупный природный комплекс – сама географическая оболочка. К географическим комплексам относятся также материки и океаны, природные зоны (тундры, леса, степи и др.), а также региональные природные образования, как, например, Восточно-Европейская равнина, пустыня Сахара, Амазонская низменность и др. Небольшие природные комплексы приурочены к отдельным холмам, их склонам, долинам рек и их отдельным участкам (руслу, пойме, надпойменным террасам) и другим мезо- и микроформам рельефа. Чем меньше природный комплекс, тем однороднее природные условия в его пределах. Таким образом, вся географическая оболочка имеет сложное мозаичное строение, она состоит из природных комплексов разного ранга.
Географическая оболочка прошла длительную и сложную историю развития, которую можно разделить на несколько этапов. Предполагают, что первичная холодная Земля образовалась, как и другие планеты, из межзвездных пыли и газов около 5 млрд лет тому назад. В догеологический период развития Земли, закончившийся 4,5 млрд лет назад, происходила ее аккреция, поверхность бомбардировалась метеоритами и испытывала мощнейшие приливные колебания от близко расположенной Луны. Географической оболочки как комплекса сфер тогда не существовало.
Первый – геологический этап развития географической оболочки начался вместе с ранним геологическим этапом развития Земли (4,6 млрд лет назад) и захватил всю ее до-кембрийскую историю, продолжаясь до начала фанерозоя (570 млн лет назад). Это был период образования гидросферы и атмосферы при дегазации мантии. Концентрация тяжелых элементов (железа, никеля) в центре Земли и быстрое ее вращение обусловили возникновение вокруг Земли мощного магнитного поля, защищающего земную поверхность от космического излучения. Возникли мощные толщи континентальной земной коры наряду с первичной океанической, а к концу этапа континентальная кора стала раскалываться на плиты и вместе с возникающей при этом молодой океанической корой начала дрейфовать по вязкой астеносфере.
На этом этапе 3,6–3,8 млрд лет тому назад в водной среде появились первые признаки жизни, которая к концу геологического этапа завоевала океанические пространства Земли. В то время органика еще не играла важной роли в развитии географической оболочки, как это происходит сейчас.
Второй этап развития географической оболочки (от 570 млн до 40 тыс. лет назад) включает палеозой, мезозой и почти весь кайнозой. Этот этап характеризуется образованием озонового экрана, формированием современной атмосферы и гидросферы, резким качественным и количественным скачком в развитии органического мира, началом образования почв. Причем, как и на предыдущем этапе, периоды эволюционного развития чередовались с периодами, имевшими катастрофический характер. Это относится как к неорганической, так и органической природе. Так, периоды спокойной эволюции живых организмов (гомеостаза) сменялись периодами массового вымирания растений и животных (за рассматриваемый этап зафиксированы четыре таких периода).
Третий этап (40 тыс. лет назад – наше время) начинается с появления современного человека разумного (Homo sapiens), точнее, с началом заметного и все возрастающего воздействия человека на окружающую его природную среду 1 .
В заключение следует сказать, что развитие географической оболочки шло по линии усложнения ее структуры, сопровождаясь процессами и явлениями, еще далеко не познанными человеком. Как удачно в связи с этим отметил один из географов, географическая оболочка представляет собой единичный уникальный объект с загадочным прошлым и непредсказуемым будущим.
21.2. Основные закономерности географической оболочки
Географическая оболочка обладает рядом общих закономерностей. К ним относятся: целостность, ритмичность развития, горизонтальная зональность, азональность, полярная асимметрия.
Целостность – единство географической оболочки, обусловленное тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Причем географическая оболочка не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. В результате взаимодействия компонентов в природных комплексах осуществляется продуцирование живого вещества и образуется почва. Изменение в пределах природного комплекса одного из компонентов приводит к изменению других и природного комплекса в целом.
В подтверждение сказанного можно привести много примеров. Наиболее ярким из них для географической оболочки является пример с появлением течения Эль-Ниньо в экваториальной части Тихого океана.
Обычно здесь дуют ветры пассаты и морские течения движутся от берегов Америки к Азии. Однако с интервалом в 4 – 7 лет ситуация меняется. Ветры по неизвестным пока причинам изменяют свое направление на обратное, направляясь к берегам Южной Америки. Под их влиянием возникает теплое течение Эль-Ниньо, оттесняющее от побережья материка холодные воды Перуанского течения, богатые планктоном. Появляется это течение у берегов Эквадора в полосе 5 – 7° ю. ш., омывает берега Перу и северной части Чили, проникая до 15° ю. ш., а иногда и южнее. Это происходит обычно в конце года (название течения, возникающего, как правило, под Рождество, означает в переводе с испанского «младенец» и идет от младенца Христа), продолжается 12–15 месяцев и сопровождается катастрофическими последствиями для Южной Америки: обильным выпадением осадков в виде ливней, наводнениями, развитием селей, обвалов, эрозии, размножением вредных насекомых, отходом от берегов рыбы в связи с приходом теплых вод и т. д. К настоящему времени выявлена зависимость погодных условий во многих регионах нашей планеты от течения Эль-Ниньо: необычно сильные ливни в Японии, жестокие засухи в Южной Африке, засухи и лесные пожары в Австралии, бурные наводнения в Англии, обильное выпадение зимних осадков в районах Восточного Средиземноморья. Его возникновение влияет и на экономику многих стран, прежде всего на производство сельскохозяйственных культур (кофе, какао-бобов, чая, сахарного тростника и др.) и на рыболовство. Наиболее интенсивным в прошлом столетии было Эль-Ниньо в 1982–1983 гг. Подсчитано, что течение за это время нанесло мировой экономике материальный ущерб в размере около 14 млрд долларов и привело к гибели 20 тыс. человек.
Другие примеры проявления целостности географической оболочки приведены на схеме 3.
Целостность географической оболочки достигается круговоротом энергии и вещества. Круговороты энергии выражаются балансами. Для географической оболочки наиболее типичны радиационный и тепловой балансы. Что касается круговоротов вещества, то в них вовлечено вещество всех сфер географической оболочки.
Круговороты в географической оболочке различны по своей сложности. Одни из них, например циркуляция атмосферы, система морских течений или движения масс в недрах Земли, представляют собой механические движения, другие (круговорот воды) сопровождаются сменой агрегатного состояния вещества, третьи (биологический круговорот и изменение вещества в литосфере) – химическими превращениями.
В результате круговоротов в географической оболочке происходит взаимодействие между частными оболочками, в процессе которого они обмениваются веществом и энергией. Иногда утверждают, что атмосфера, гидросфера и литосфера проникают друг в друга. На самом деле это не так: проникают друг в друга не геосферы, а их компоненты. Так, твердые частицы литосферы попадают в атмосферу и гидросферу, воздух проникает в литосферу и гидросферу и т. д. Частицы вещества, попавшие из одной сферы в другую, становятся неотъемлемой частью последней. Вода и твердые частицы атмосферы – ее составные части, так же как газы и твердые частицы, находящиеся в водных объектах, принадлежат гидросфере. Наличие веществ, попавших из одной оболочки в другую, формируют в той или иной степени свойства этой оболочки.
Типичным примером круговорота, связывающего все структурные части географической оболочки, можно назвать круговорот воды. Известны общий, глобальный круговорот и частные: океан – атмосфера, материк – атмосфера, внутриокеанический, внутриатмо-сферный, внутриземной и др. Все круговороты воды происходят за счет механического перемещения огромных масс воды, но многие из них – между различными сферами, сопровождаются фазовыми переходами воды или же происходят с участием некоторых специфических сил, например поверхностного натяжения. Глобальный круговорот воды, захватывающий все сферы, сопровождается, помимо этого, и химическими превращениями воды – вхождением ее молекул в минералы, в организмы. Полный (глобальный) круговорот воды со всеми его частными составляющими хорошо представлен на схеме Л. С. Абрамова (рис. 146). Всего там представлено 23 цикла влагооборота.
Целостность – важнейшая географическая закономерность, на знании которой основывается теория и практика рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, давать географический прогноз результатам воздействия человека на природу, осуществлять географическую экспертизу проектов, связанных с хозяйственным освоением тех или иных территорий.
рис. 146. Полный и частные круговороты воды в природе
Географической оболочке свойственна ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений. Существуют две формы ритмики: периодическая и циклическая. Под периодами понимают ритмы одинаковой длительности, под циклами – переменной продолжительности. В природе существуют ритмы разной продолжительности – суточные, внутривековые, многовековые и сверхвековые, имеющие и разное происхождение. Проявляясь одновременно, ритмы накладываются один на другой, в одних случаях усиливая, в других – ослабляя друг друга.
Суточная ритмика, обусловленная вращением Земли вокруг оси, проявляется в изменении температуры, давления, влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов и отливов, циркуляции бризов, в функционировании живых организмов и в ряде других явлений. Суточная ритмика на разных широтах имеет свою специфику. Это связано с продолжительностью освещения и высотой Солнца над горизонтом.
Годовая ритмика проявляется в смене времен года, в образовании муссонов, в изменении интенсивности экзогенных процессов, а также процессов почвообразования и разрушения горных пород, сезонности в хозяйственной деятельности человека. В разных природных регионах выделяется различное количество сезонов года. Так, в экваториальном поясе есть лишь один сезон года – жаркий влажный, в саваннах выделяются два сезона: сухой и влажный. В умеренных широтах климатологи предлагают выделять даже шесть сезонов года: помимо известных четырех, еще два – предзимье и предвесенье. Предзимье – это период с момента перехода среднесуточной температуры осенью через 0°С до установления устойчивого снежного покрова. Предвесенье начинается с начала таяния снежного покрова до его полного схода. Как видно, годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо – в экваториальном. Сезоны года в разных регионах могут иметь и разные названия. Вряд ли правомерно выделять зимний сезон в низких широтах. Следует иметь в виду, что в разных природных регионах причины годовой ритмики различны. Так, в приполярных широтах она определяется световым режимом, в умеренных – ходом температур, в субэкваториальных – режимом увлажнения.
Из внутривековых ритмов наиболее четко выражены 11-летние, связанные с изменением солнечной активности. Она оказывает большое влияние на магнитное поле и ионосферу Земли и через них – на многие процессы в географической оболочке. Это приводит к периодическому изменению атмосферных процессов, в частности к углублению циклонов и усилению антициклонов, колебаниям речного стока, изменению интенсивности осадконакопления в озерах. Ритмы солнечной активности влияют на рост древесных растений, что отражается на толщине их годичных колец, способствуют периодическим вспышкам эпидемических заболеваний, а также массовому размножению вредителей леса и сельскохозяйственных культур, в том числе саранчи. Как полагал известный гелиобиолог А.Л. Чижевский, 11-летние ритмы влияют не только на развитие многих природных процессов, но и на организм животных и человека, а также на его жизнь и деятельность. Интересно отметить, что ныне некоторые геологи связывают тектоническую активность с солнечной активностью. Сенсационное заявление на эту тему было сделано на Международном геологическом конгрессе, состоявшемся в 1996 г. в Пекине. Сотрудники Института геологии Китая выявили цикличность землетрясений в восточной части своей страны. Ровно через каждые 22 года (удвоенный солнечный цикл) в этом районе происходит возмущение земной коры. Ему предшествует активность пятен на Солнце. Ученые изучили исторические хроники начиная с 1888 г. и нашли полное подтверждение своих выводов относительно 22-летних циклов активности земной коры, приводящих к землетрясениям.
Многовековые ритмы проявляются лишь в отдельных процессах и явлениях. Среди них лучше других проявляется ритм продолжительностью 1800–1900 лет, установленный А.В. Шнитниковым. В нем выделяются три фазы: трансгрессивная (прохладно-влажного климата), развивающаяся быстро, но короткая (300–500 лет); регрессивная (сухого и теплого климата), развивающаяся медленно (600 – 800 лет); переходная (700–800 лет). В трансгрессивную фазу усиливается оледенение на Земле, увеличивается сток рек, повышается уровень озер. В регрессивную фазу ледники, наоборот, отступают, реки мелеют, уровень воды в озерах понижается.
Рассматриваемый ритм связан с изменением приливообразующих сил. Примерно через каждые 1800 лет Солнце, Луна и Земля оказываются в одной плоскости и на одной прямой, а расстояние между Землей и Солнцем при этом становится наименьшим. Приливные силы достигают максимального значения. В Мировом океане усиливается до максимума перемещение воды в вертикальном направлении – на поверхность поступают глубинные холодные воды, что приводит к охлаждению атмосферы и формированию трансгрессивной фазы. Со временем «парад Луны, Земли и Солнца» нарушается и влажность входит в норму.
К сверхвековым относят три цикла, связанные с изменением орбитальных характеристик Земли: прецессия (26 тыс. лет), полное колебание плоскости эклиптики относительно земной оси (42 тыс. лет), полное изменение эксцентриситета орбиты (92 – 94 тыс. лет).
Наиболее длительные циклы в развитии нашей планеты – тектонические циклы продолжительностью около 200 млн лет, известные нам как байкальская, каледонская, герцинская и мезозойско-альпийская эпохи складчатости. Они обусловливаются космическими причинами, главным образом наступлением галактического лета в галактическом году. Под галактическим годом понимается обращение Солнечной системы вокруг центра Галактики, длящееся столько же лет. При приближении системы к центру Галактики, в перигалактии, т. е. «галактическим летом», гравитация увеличивается на 27% по сравнению с апогалактием, что и приводит к росту тектонической активности на Земле.
Существуют также инверсии магнитного поля Земли с продолжительностью 145– 160 млн лет.
Ритмические явления не повторяют в конце ритма полностью того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясняется направленное развитие природных процессов, которое при наложении ритмичности на поступательность оказывается в конечном итоге идущим по спирали.
Изучение ритмических явлений имеет большое значение для разработки географических прогнозов.
Планетарной географической закономерностью, установленной великим русским ученым В. В. Докучаевым, является зональность – закономерное изменение природных компонентов и природных комплексов по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством тепла, поступающего на разные широты в связи с шарообразной фигурой Земли. Немалое значение имеет также расстояние Земли от Солнца. Важны и размеры Земли: ее масса позволяет удерживать вокруг себя воздушную оболочку, без которой не было бы и зональности. Наконец, зональность усложняется определенным наклоном земной оси к плоскости эклиптики.
На Земле зональны климат, воды суши и океана, процессы выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под воздействием внешних сил (поверхностные воды, ветры, ледники), растительность, почвы, животный мир. Зональность компонентов и структурных частей предопределяет зональность всей географической оболочки, т. е. географической или ландшафтной зональности. Географы различают зональность компонентную (климата, растительности, почв и др.) и комплексную (географическую или ландшафтную). Представление о компонентной зональности сложилось с античных времен. Комплексную зональность открыл В.В. Докучаев.
Наиболее крупные зональные подразделения географической оболочки – географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, общими особенностями циркуляции атмосферы. На суше выделяются следующие географические пояса: экваториальный и в каждом полушарии – субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а также в северном полушарии – субарктический и арктический, а в южном – субантарктический и антарктический. Всего, таким образом, на суше выделяется 13 природных поясов. В каждом из них свои особенности для жизни и хозяйственной деятельности человека. Наиболее благоприятны эти условия в трех поясах: субтропическом, умеренном и субэкваториальном (кстати, все три – с хорошо выраженной сезонной ритмикой развития природы). Они интенсивнее других освоены человеком.
Аналогичные по названию пояса (за исключением субэкваториальных) выявлены и в Мировом океане. Зональность Мирового океана выражается в субширотном изменении температуры, солености, плотности, газового состава воды, в динамике верхней толщи вод, а также в органическом мире. Д.В. Богданов выделяет природные океанические пояса – «обширные водные пространства, охватывающие поверхность океана и прилегающие верхние слои до глубины нескольких сот метров, в которых отчетливо прослеживаются особенности природы океанов (температура и соленость воды, течения, ледовые условия, биологические и некоторые гидрохимические показатели), прямо или косвенно обусловленные влиянием широты места» (рис. 147). Границы поясов проведены им по океанологическим фронтам – рубежам распространения и взаимодействия вод с разными свойствами. Океанические пояса очень хорошо сочетаются с физико-географическими поясами на суше; исключение составляет субэкваториальный пояс суши, не имеющий своего океанического аналога.
Внутри поясов на суше по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности. Так, например, в субарктическом поясе есть зоны тундры и лесотундры, в умеренном – зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь и пустынь, в тропическом – зоны вечнозеленых лесов, полупустынь и пустынь.
Рис. 147. Географическая поясность Мирового океана (в сопряжении с географическими поясами суши) (по Д. В. Богданову)
Географические зоны подразделяются на подзоны по степени выраженности зональных признаков. Теоретически в каждой зоне можно выделить три подзоны: центральную, с наиболее типичными для зоны чертами, и
окраинные, несущие некоторые признаки, свойственные смежным зонам. В качестве примера можно привести лесную зону умеренного пояса, в которой выделяются подзоны северной, средней и южной тайги, а также подтаежных (хвойно-широколиственных) и широколиственных лесов.
В связи с неоднородностью земной поверхности, а следовательно, и условий увлажнения в различных частях материков зоны и подзоны не всегда имеют широтное простирание. Иногда они протягиваются почти в меридиональном направлении, как, например, в южной половине Северной Америки или на востоке Азии. Поэтому зональность правильнее называть не широтной, а горизонтальной. Кроме того, многие зоны не распространены по всему земному шару, как пояса; некоторые из них встречаются только на западе материков, на востоке или в их центре. Это объясняется тем, что зоны образовались вследствие гидротермической, а не радиационной дифференциации географической оболочки, т. е. из-за различного соотношения тепла и влаги. При этом зональным является только распределение тепла; распределение же влаги зависит от удаления территории от источников влаги, т. е. от океанов.
В 1956 г. А.А. Григорьев и М.И. Будыко сформулировали так называемый периодический закон географической зональности, где каждая природная зона характеризуется своими количественными соотношениями тепла и влаги. Тепло оценивается в этом законе радиационным балансом, а степень увлажнения – радиационным индексом сухости К Б (или РИС) = B / (Z х r), где В – годовой радиационный баланс, r – годовая сумма осадков, L – скрытая теплота парообразования.
Радиационный индекс сухости показывает, какая доля радиационного баланса тратится на испарение осадков: если на испарение выпавших осадков требуется больше тепла, чем его приходит от Солнца, и часть осадков остается на Земле, то увлажнение такой территории достаточное или избыточное. Если же тепла приходит больше, чем затрачивается на испарение, то излишки тепла нагревают земную поверхность, испытывающую при этом недостаток увлажнения: К Б < 0,45 – климат избыточно влажный, К Б = 0,45-Н,0 – влажный, К Б = 1,0-^3,0 – недостаточно влажный, К Б > 3,0 – сухой.
Оказалось, что, хотя в основе зональности лежит нарастание радиационного баланса от высоких широт к низким, ландшафтный облик природной зоны более всего определяется условиями увлажнения. Этот показатель определяет тип зоны (лесная, степная, пустынная и т. д.), а радиационный баланс – ее конкретный облик (умеренных широт, субтропическая, тропическая и др.). Поэтому в каждом географическом поясе, в зависимости от степени увлажнения, сформировались свои гумидные и аридные природные зоны, которые могут замещаться на одной и той же широте в зависимости от степени увлажнения. Характерно, что во всех поясах оптимальные условия для развития растительности создаются при радиационном индексе сухости, близком к единице.
Рис. 148. Периодический закон географической зональности. К Б – радиационный индекс сухости. (Диаметры кружков пропорциональны биологической продуктивности ландшафтов)
Периодический закон географической зональности записывается в виде таблицы-матрицы, в которой по горизонтали отсчитывается радиационный индекс сухости, а по вертикали – значения годового радиационного баланса (рис. 148).
Говоря о зональности как всеобщей закономерности, следует иметь в виду, что она не везде выражена одинаково. Наиболее четко она проявляется в полярных, приэкваториальных и экваториальных широтах, а также во внутриматериковых: равнинных условиях умеренных и субтропических широт. К последним относятся прежде всего вытянутые в меридиональном направлении крупнейшие по размерам Восточно-Европейская и Западно-Сибирская равнины. По-видимому, это помогло В. В. Докучаеву выявить рассматриваемую закономерность, поскольку он изучал ее на Восточно-Европейской равнине. Сыграло свою роль в определении комплексной зональности и то обстоятельство, что В. В. Докучаев был почвоведом, а почва, как известно, является интегральным показателем природных условий территории.
Некоторые ученые (О. К. Леонтьев, А. П. Лисицын) проводят природные зоны в толще и на дне океанов. Однако выделенные ими здесь природные комплексы нельзя называть физико-географическими зонами в общепринятом понимании, т. е. на их обособление не влияет зональное распределение радиации – основная причина зональности на поверхности Земли. Здесь можно говорить о зональных свойствах водных масс и донных отложений флоры и фауны, приобретенных опосредованно, через водообмен с приповерхностной водной массой, переотложение зонально обусловленных терригенных и биогенных осадков и трофическую зависимость донной фауны от поступающих сверху отмерших органических остатков.
Зональность географической оболочки как планетарное явление нарушается противоположным свойством – азональностью.
Под азональностью географической оболочки понимается распространение какого-то объекта или явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Причина азональности – неоднородность земной поверхности: наличие материков и океанов, гор и равнин на материках, своеобразие условий увлажнения и других свойств географической оболочки. Существуют две основные формы проявления азональности – секторность географических поясов и высотная поясность.
Секторность, или долготная дифференциация, географических поясов определяется увлажнением (в отличие от широтных зон, где важную роль играют не только увлажнение, но и теплообеспеченность). Секторность проявляется прежде всего в формировании в пределах поясов трех секторов – материкового и двух приокеанических. Однако они выражены не везде одинаково, что зависит от географического положения материка, его размеров и конфигурации, а также от характера циркуляции атмосферы
Географическая секторность полнее всего выражена на самом крупном материке Земли – в Евразии, от арктического до экваториального пояса включительно. Наиболее ярко долготная дифференциация представлена здесь в умеренном и субтропическом поясах, где отчетливо выражены все три сектора. В тропическом поясе выделяются два сектора. Слабо выражена долготная дифференциация в экваториальном и приполярных поясах.
Другой причиной азональности географической оболочки, нарушающей зональность и секторность, является расположение горных систем, которые могут препятствовать проникновению в глубь континентов воздушных масс, несущих влагу и тепло. Это особенно касается тех хребтов умеренного пояса, которые расположены субмеридионально на пути следующих с запада циклонов.
Азональность ландшафтов часто обусловливается особенностями слагающих их горных пород. Так, близкое к поверхности залегание растворимых горных пород приводит к формированию своеобразных карстовых ландшафтов, весьма существенно отличающихся от окружающих зональных природных комплексов. В районах распространения водно-ледниковых песков образуются ландшафты полесского типа. На рисунке 149 показано расположение географических зон и секторов внутри их на гипотетическом равнинном материке, построенном исходя из реального распространения суши на земном шаре на разных широтах. Этот же рисунок четко иллюстрирует асимметрию географической оболочки.
В заключение отметим, что азональность, так же как и зональность, всеобщая закономерность. Каждый участок земной поверхности в связи с ее неоднородностью по-своему реагирует на приходящую солнечную энергию и, следовательно, приобретает специфические особенности, которые формируются на общем зональном фоне. По существу, азональность – конкретная форма проявления зональности. Поэтому любой участок земной поверхности одновременно является зональным и азональным.
Высотная поясность – закономерная смена природных компонентов и природных комплексов с подъемом в горы от их подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры и увеличением осадков до определенной высоты (до 2 – 3 км) на наветренных склонах.
Высотная поясность имеет много общего с горизонтальной зональностью: смена поясов при подъеме в горы происходит в той же последовательности., что и на равнинах, при движении от экватора к полюсам. Однако природные пояса в горах меняются значительно быстрее, чем природные зоны на равнинах. В северном полушарии в направлении от экватора к полюсам температура убывает примерно на 0,5 °С на каждый градус широты (111 км), в то время как в горах она падает в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м.
Рис. 149. Схема географических поясов и основных зональных типов ландшафтов на гипотетическом материке (размеры изображенного материка соответствуют половине площади суши земного шара в масштабе1: 90 000 000), конфигурация – ее расположению по широтам, поверхность – невысокой равнине (по А. М. Рябчикову и др.)
Есть и другие различия: в горах во всех поясах при достаточном количестве тепла и влаги существует особый пояс субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах. Более того, каждый пояс гор, аналогичный по названию с равнинным, существенно от него отличается, ибо они получают различную по составу солнечную радиацию и имеют разные условия освещенности.
Высотная поясность в горах складывается не только под влиянием изменения высоты, но и особенностей рельефа гор. Большую роль при этом играет экспозиция склонов, как инсоляционная, так и циркуляционная. В определенных условиях в горах наблюдается инверсия высотной поясности: при застаивании холодного воздуха в межгорных котловинах пояс хвойных лесов, например, может занимать более низкое положение по сравнению с поясом широколиственных лесов. В целом высотная поясность отличается значительно большим разнообразием по сравнению с горизонтальной зональностью и проявляется к тому же на близких расстояниях.
Однако между горизонтальной зональностью и высотной поясностью существует и тесная взаимосвязь. Высотная поясность начинается в горах с аналога той горизонтальной зоны, в пределах которой расположены горы. Так, в горах, находящихся в степной зоне, нижний пояс – горно-степной, в лесной – горно-лесной и т. д. Горизонтальная зональность определяет тип высотной поясности. В каждой горизонтальной зоне горы обладают своим спектром (набором) высотных поясов. Количество высотных поясов зависит от высоты гор и их местоположения. Чем выше горы и чем ближе к экватору они расположены, тем богаче у них спектр поясов.
На характер высотной поясности влияет также секторность географической оболочки: состав вертикальных поясов различается в зависимости от того, в каком именно секторе расположен тот или иной горный массив. Обобщенная структура высотной поясности ландшафтов в разных географических зонах (на разных широтах) и в различных секторах показана на рисунке 150. Аналогично высотной поясности в горах на суше можно говорить о глубинной поясности в океане.
Одной из главных (а по мнению академика К.К. Маркова, основной) закономерностей географической оболочки следует считать полярную асимметрию. Причиной этой закономерности является прежде всего асимметрия фигуры Земли. Как известно, северная полуось Земли на 30 м длиннее южной, так что Земля сильнее сплюснута у Южного полюса. Асимметрично расположение на Земле материковых и океанических масс. В северном полушарии суша занимает 39% площади, а в южном – лишь 19%. Вокруг Северного полюса расположен океан, вокруг Южного – материк Антарктида. На южных материках платформы занимают от 70 до 95% их площади, на северных – 30 – 50%. В северном полушарии есть пояс молодых складчатых сооружений (Альпийско-Гималайский), протянувшийся в широтном направлении. Аналога ему в южном полушарии нет. В северном полушарии между 50 и 70° расположены наиболее приподнятые в геоструктурном отношении участки суши (щиты Канадский, Балтийский, Анабарский. Алданский). В южном полушарии на этих широтах – цепочка океанических впадин. В северном полушарии есть материковое кольцо, обрамляющее полярный океан, в южном полушарии – океаническое кольцо, которое окаймляет полярный материк.
Асимметрия суши и моря влечет за собой асимметрию других компонентов географической оболочки. Так, в океаносфере системы морских течений в северном и южном полушариях не повторяют друг друга; более того, теплые течения в северном полушарии распространяются вплоть до арктических широт, тогда как в южном – только до широты 35°. Температура воды в северном полушарии на 3° выше, чем в южном.
Климат северного полушария более континентальный, чем южного (годовая амплитуда температуры воздуха соответственно 14 и 6 °С). В северном полушарии слабое континентальное оледенение, сильное морское и велика площадь вечной мерзлоты. В южном полушарии эти показатели прямо противоположны. В северном полушарии огромную площадь занимает таежная зона, в южном аналога ей нет. Более того, на тех широтах, на которых в северном полушарии господствуют широколиственные и смешанные леса (~50°), в южном на островах расположены арктические пустыни. Различен и животный мир полушарий. В южном полушарии отсутствуют зоны тундры, лесотундры, лесостепи, а также пустынь умеренного пояса. Различен и животный мир полушарий. В южном нет двугорбых верблюдов, моржей, белых медведей и многих других животных, но есть, например, пингвины, сумчатые млекопитающие и некоторые другие животные, которых нет в северном полушарии. В целом различия в видовом составе растений и животных между полушариями весьма значительны.
Таковы основные закономерности географической оболочки, некоторые из них иногда называют законами. Однако, как убедительно доказал Д. Л. Арманд, физическая география имеет дело не с законами, а с закономерностями – устойчиво повторяющимися отношениями между явлениями в природе, но имеющими более низкий ранг, чем законы.
рис. 150. Обобщенная структура высотной поясности ландшафтов в разных географических зонах (по Рябчикову А.А.)
Характеризуя географическую оболочку, необходимо еще раз подчеркнуть, что она тесно связана с окружающим ее космическим пространством и с внутренними частями Земли. Прежде всего из Космоса она получает необходимую ей энергию. Силы притяжения удерживают Землю на околосолнечной орбите и вызывают периодические приливные возмущения в теле планеты. К Земле от Солнца направлены корпускулярные потоки («солнечный ветер»), рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, радиоволны и видимая лучистая энергия. Из глубин Вселенной к Земле направлены космические лучи. Потоки перечисленных лучей и частиц вызывают образование у Земли магнитных бурь, полярных сияний, ионизацию воздуха и другие явления. Масса Земли постоянно увеличивается за счет падения метеоритов и космической пыли. Но Земля воспринимает воздействие Космоса непассивно. Вокруг Земли как планеты, имеющей магнитное поле и радиационные пояса, создается специфическая природная система, получившая название географического пространства. Оно простирается от магнитопаузы – верхней границы магнитного поля Земли, которая находится на высоте не менее 10 земных радиусов, до нижней границы земной коры – так называемой поверхности Мохоровичича (Мохо). Географическое пространство подразделяется на четыре части (сверху вниз):
Ближний Космос. Его нижняя граница проходит по верхней границе атмосферы на высоте 1500 – 2000 км над Землей. Здесь происходит основное взаимодействие космических факторов с магнитным и гравитационным полями Земли. Здесь задерживается корпускулярное излучение Космоса, губительное для живых организмов.
Высокая атмосфера. Снизу она ограничена стратопаузой, которая в данном случае принимается и за верхнюю границу географической оболочки. Здесь происходит торможение первичных космических лучей, их преобразование, нагревание термосферы.
Географическая оболочка. Ее нижняя граница – подошва коры выветривания в литосфере.
Подстилающая кора. Нижняя граница – поверхность Мохо. Это область проявления эндогенных факторов, формирующих первичный рельеф планеты.
Концепция географического пространства уточняет положение географической оболочки нашей планеты.
В заключение отметим, что большое влияние на географическую оболочку в настоящее время оказывает человек в процессе своей хозяйственной деятельности.
Географи́ческая оболо́чка - в российской географической науке под этим понимается целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части: верхняя часть литосферы (земная кора), нижняя часть атмосферы (тропосфера, стратосфера, гидросфера и биосфера) — а также антропосфера проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией.
Верхнюю границу географической оболочки проводят по стратопаузе, так как до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы; границу географической оболочки в литосфере часто совмещают с нижним пределом области гипергенеза (иногда за нижнюю границу географической оболочки принимают подножие стратисферы, среднюю глубину сейсмических или вулканических очагов, подошву земной коры, уровень нулевых годовых амплитуд температуры). Географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже уровня моря, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25 – 30 км). Наибольшая толщина географической оболочки близка к 40 км. Географическая оболочка является объектом исследования географии и её отраслевых наук.
Несмотря на критику термина «географическая оболочка» и сложности для его определения активно используется в географии и является одним из основных понятий в российской географии.
Представление о географической оболочке как о «наружной сфере земли» введено русским метеорологом и географом П. И. Броуновым (1910). Современное понятие разработано и введено в систему географических наук А. А. Григорьевым (1932). Наиболее удачно история понятия и спорные вопросы рассмотрены в трудах И. М. Забелина.
Понятия, аналогичные понятию географической оболочки, есть и в зарубежной географической литературе (земная оболочка А. Гетнера и Р. Хартшорна, геосфера Г. Кароля и др.). Однако там географическая оболочка рассматривается обычно не как природная система, а как совокупность природных и общественных явлений.
Существуют другие земные оболочки на границах соединения различных геосфер.
2 СТРУКТУРА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
Рассмотрим основные структурные элементы географической оболочки.
Земная кора - это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн - границей Мохоровичича. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30-50 км на континентах. Бывает два типа коры - континентальная и океаническая. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит. 
Рисунок 1 – Структура заемной коры
Кора есть на Марсе и Венере, Луне и многих спутниках планет-гигантов. На Меркурии, хотя он и принадлежит к планетам земной группы, кора земного типа отсутствует. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.
Масса земной коры оценивается в 2,8·1019 тонн (из них 21 % - океаническая кора и 79 % - континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли
Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. Согласно теории тектоники плит, она непрерывно образуется в срединно-океанических хребтах, расходится от них и поглощается в мантию в зонах субдукции. Поэтому океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются поздней юрой.
Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5-7 километров.
В рамках стратификации Земли по механическим свойствам, океаническая кора относится к океанической литосфере. Толщина океанической литосферы, в отличие от коры, зависит в основном от её возраста. В зонах срединно-океанических хребтов астеносфера подходит очень близко к поверхности, и литосферный слой практически полностью отсутствует. По мере удаления от зон срединно-океанических хребтов толщина литосферы сначала растет пропорционально её возрасту, затем скорость роста снижается. В зонах субдукции толщина океанической литосферы достигает наибольших значений, составляя 120-130 километров.
Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой - слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород -гранулитов и им подобных.
Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 25% - на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba - составляют 99,8 % массы земной коры.
Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.
Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.
Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.
Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.
Верхняя граница тропосферы находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м.
За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,34 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.
Стратосфе́ра (от лат. stratum – настил, слой) - слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15-20 до 55-60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO,галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180-200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют - на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км - О2, выше 300 км - Н2). На высоте 200-500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы - ОН , НО 2 и др.
В стратосфере почти нет водяного пара.
Тропосфе́ра (др.-греч. τροπή - «поворот», «изменение» иσφαῖρα - «шар»)- нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе- 16-18 км.
При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 К через каждые 100 м и достигает 180÷220 К (-90 ÷ -53° C) в верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.
В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются иатмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.
Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется ионосфера.
Гидросфе́ра (от др.-греч. Yδωρ - вода и σφαῖρα - шар) - это водная оболочка Земли.
Она образует прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3850 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) - 11 022 метра. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % - воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Общий объём воды на планете около 1 532 000 000 кубических километров. Масса гидросферы примерно 1,46*10 21 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворенного кислорода - 8 трлн тонн. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.
В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше - в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % - подземные воды, около 2 % - льды и снега, около 0,02 % - поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.
Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения.
Биосфе́ра (от др.-греч. βιος - жизнь и σφαῖρα - сфера, шар) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.
Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Существует и другое, более широкое определение: Биосфера - область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.
Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает практически всю гидросферу.
Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое, губительное для живых организмов.
Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10-11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.
Биосферу слагают следующие типы веществ:
Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной всей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живое вещество не просто населяет биосферу, а преобразует облик Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно.
Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.
Косное вещество - продукты, образующиеся без участия живых организмов.
Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.
Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.
Вещество космического происхождения.
Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой - пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве - панбиосферой.
Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки - атмосферная влага, источником энергии - солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство - более тонкий слой, чем тропосфера). Выше ростирается слой крайне разреженной микробиоты - альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются - парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.
Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши - террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли -литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы - эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов - гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов - теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже - в гипобиосферу. Метабиосфера - все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.
В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни - изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении вода кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.
Гидробиосфера - весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами - распадается на слой континентальных вод - аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов - маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя - относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты - афотосфера.
Понятие «географическая оболочка»
Замечание 1
Географическая оболочка –это непрерывная и целостная оболочка Земли, состоящая из земной коры, тропосферы, стратосферы, гидросферы, биосферы и антропосферы. Все компоненты географической оболочки находятся в тесном взаимодействии и проникают друг в друга. Между ними происходит постоянный обмен веществом и энергией.
Верхняя граница географической оболочки – стратосфера, расположенная ниже максимальной концентрации озона на высоте около 25 км. Нижняя граница проходит в верхних слоях литосферы (от 500 до 800 м).
Взаимное проникновение друг в друга и взаимодействие составляющих географическую оболочку компонентов – водной, воздушной, минеральной и живой оболочек определяет ее целостность. В ней можно наблюдать помимо непрерывного обмена веществ и энергии также и постоянный круговорот веществ. Каждый компонент географической оболочки, развиваясь согласно собственных законов, испытывает на себе влияние остальных оболочек и сам воздействует на них.
Воздействие биосферы на атмосферу связано с процессом фотосинтеза, вследствие которого происходит интенсивный газообмен между живым веществом и воздухом, а также регулирование в атмосфере газов. Зеленые растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород, без которого невозможна жизнь большей части живых организмов на планете. Благодаря атмосфере земная поверхность не перегревается солнечной радиацией днем и не остывает значительно ночью, что необходимо для нормального существования живых существ.
Биосфера оказывает влияние на гидросферу. Живые организмы могут воздействовать на соленость вод Мирового океана, забирая из воды некоторые вещества, необходимые для их жизнедеятельности (например, кальций нужен для формирования панцирей, раковин, скелетов). Водная среда – место обитания многих живых существ, вода необходима для нормального протекания большинства процессов жизнедеятельности представителей растительного и животного мира.
Влияние живых организмов на земную кору более всего выражено в ее верхней части, где происходит накопление остатков растений и животных, формируются породы органического происхождения.
Живые организмы принимают активное участие не только в создании горных пород, но и в их разрушении. Они выделяют кислоты, разрушающие породы, воздействую корнями, образующими глубокие трещины. Вследствие этих процессов твердые и плотные породы превращаются в рыхлые осадочные (галька, гравий). Создаются все условия для формирования того или иного типа почв.
Изменение какого-либо одного компонента географической оболочки отражается на всех других оболочках. Например, эпоха великого оледенения в четвертичный период. Расширение поверхности суши создало предпосылки для наступления более сухого и холодного климата, что привело к образованию толщи льда и снега, покрывших значительные территории на севере Северной Америки и в Евразии. Это, в свою очередь, повлекло за собой изменение растительного, животного мира, почвенного покрова.
Компоненты географической оболочки
К основным компонентам географической оболочки относятся:
- Земная кора. Верхняя часть литосферы. Отделена от мантии границей Мохоровича, характеризующейся резким повышением скоростей сейсмических волн. Толщина земной коры колеблется от шести километров (под океаном) и до 30-50 км (на материках). Существует два типа земной коры: океаническая и континентальная. Океаническая кора состоит в основном из пород основного состава и осадочного чехла. В континентальной коре выделяют базальтовый и гранитный слои, осадочный чехол. Земная кора состоит из отдельных, разных по размеру литосферных плит, передвигающихся относительно друг друга.
- Тропосфера. Нижний слой атмосферы. Верхняя граница в полярных широтах – 8-10 км, в умеренных – 10-12 км, в тропических – 16-18 км. Зимой верхняя граница несколько ниже, чем летом. В тропосфере содержится 90% всего водяного пара атмосферы и 80% всей массы воздуха. Для нее характерны конвекция и турбулентность, облачность, развитие циклонов и антициклонов. С повышением высоты понижается температура.
- Стратосфера. Ее верхняя граница находится на высоте от 50 до 55 км. С ростом высоты температура приближается к значению 0 ºС. Характерны: малое содержание водяного пара, низкая турбулентность, повышенное содержание озона (его максимальная концентрация наблюдается на высоте 20-25 км.).
- Гидросфера. Включает все водные запасы планеты. Наибольшее количество водных ресурсов сосредоточено в Мировом океане, меньше – в подземных водах и континентальной сети рек. Большие запасы воды содержатся в виде водяного пара и облаков в атмосфере. Часть воды сохраняется в виде льда и снега, образуя криосферу: снежный покров, ледники, вечная мерзлота.
- Биосфера. Совокупность тех частей компонентов географической оболочки (литосфера, атмосфера, гидросфера), которые заселены живыми организмами.
- Антропосфера, или ноосфера. Сфера взаимодействия окружающей среды и человека. Признание данной оболочки поддерживается не всеми учеными.
Этапы развития географической оболочки
Географическая оболочка на современном этапе – результат продолжительного развития, в процессе которого она постоянно усложнялась.
Этапы развития географической оболочки:
- Первый этап – добиогенный. Продолжался 3 млрд. лет. В это время существовали исключительно простейшие организмы. В развитии и формировании географической оболочки они принимали слабое участие. Атмосфера характеризовалась высоким содержанием углекислого газа и низким – кислорода.
- Второй этап. Продолжительность – около 570 млн. лет. Для него характерна главенствующая роль живых организмов в формировании географической оболочки. Организмы оказывали воздействие на все компоненты оболочки: изменился состав атмосферы и воды, наблюдалось накопление горных пород органического происхождения. В конце этапа появились люди.
- Третий этап – современный. Начался 40 тыс. лет назад. Для него характерно активное влияние человеческой деятельности на разные компоненты географической оболочки.
