Почвенный покров и его роль в природных процессах.
Влияние экологических факторов на биологические процессы; толерантность.
Биомасса и биопродуктивность; их зависимость от природных условий.
Трофические цепи и сети; их роль в природе.
Тепловое поле Земли; перенос тепла на Земном шаре.
Тепловое поле существует за счёт неравномерного нагревания вещества Земли - горных пород, вод и воздуха, в результате чего возникает пространственная неравномерность распределения температуры. Источниками термического поля являются внутренние и внешние процессы. Внешний источник — солнечная радиация, проникает на глубину лишь на несколько метров. Дальнейшее увеличение температуры с глубиной связано с внутренними источниками - распадом радиоактивных элементов, гравитационной дифференциацией вещества, приливным трением, процессами метаморфизма и фазовыми переходами вещества. Главным источником считают гравитационную дифференциацию вещества. Скорость возрастания температур с глубиной зависит от теплопроводности, проницаемости горных пород и генерации тепла источниками. Основная потеря внутреннего тепла Земли происходит за счёт теплового потока, меньшую роль играет вулканизм, землетрясения, гидротермальные источники. Плотность теплового потока из недр определяет энергетическое состояние поверхности Земли и тектонические особенности региона. Тепловые взаимодействия зависят от вещественного состава тел и их физ. свойств, а также плотности вещества. Современное тепловое поле оказывает влияние на процессы, происходящие в оболочке. Тепловые взаимодействия описываются уравнениями, вытекающими из физических законов. Первое начало термодинамики -поступившее в систему тепло равно сумме приращений внутренней энергии системы и совершённой системой работой. Второе начало термодинамики - обмен тепла тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Эти постулаты объясняют многие круговороты в географической оболочке. Географическая тепловая машина — термодинамическая система, в которой из-за разности температур её отдельных частей происходит перенос тепла и совершается работа.
4.5 Приливообразующая сила; её образование и проявление в геосферах.
Океанские приливы зависят главным образом от взаимодействия Земли, Луны и Солнца. Ведущую роль играет близкорасположенная Луна, притяжение которой в 2,17 раза превосходит солнечное. Приливоотливной цикл соответствует лунным суткам (24 часа 51 минута), которые не совпадают с солнечными, за счёт чего образуются приливные неравенства. Суточные, полусуточные и смешанные приливы. Луна обращается вокруг Земли по эллиптической орбите. Система Земля-Луна имеет общий центр масс. Оба этих тела перемещаются таким образом, что любая точка одного из них описывает одинаковую орбиту. В каждой такой точке возникает одинаковая центробежная сила. Кроме того, на каждую точку Земли действует направленная в сторону Луны сила тяготения, которая зависит от расстояния до возмущающей массы. По закону всемирного тяготения (величина силы тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами масс) в центре массы Земли имеет место равенство сил тяготения и центробежной, а в точках 2(зенит — ближайшая к Луне точка) и г4(надир - самая дальняя точка) равенства нет, в точке 2 сила тяготения больше центробежной, а в точке N - больше центробежная сила. Это приводит к образованию приливных деформаций — выпуклостей и стоячих волн. Суммируя силу тяготения с векторным значение центробежной силы получаем приливообразующую силу. В других точках, не лежащих на оси системы Земля-Луна, силы окажутся несоосными и образуют параллелограммы; равнодействующая - диагональ параллелограмма.
Вследствие вращения Земли приливные выступы образуются в каждый следующий момент уже в новых местах земной поверхности, поэтому за промежуток времени между двумя последовательными верхними и нижними кульминациями Луны приливные выступы обойдут вокруг Земного шара и за это время в каждом месте произойдут два прилива и два отлива. Аналогичное, но меньшее по числовому значению воздействие происходи между Землёй и Солнцем. Солнечные приливы изменяют величину лунных приливов. Если солнечные и лунные волны суммируются, а все три светила располагаются по одной прямой, то прилив сизигийный, если вычитаются, а Солнце и Луна относительно Земли образуют прямо угол -квадратурными. Приливы оказывают взаимодействие на все оболочки Земли. Не только океан, но и поверхность литосферы может испытывать периодические деформации. На суше нет точки отсчёта, какой в океане является береговая линия, поэтому литосферный прилив незаметен. В деформируемом приливом теле Земли происходит внутреннее трение, приводящее к преобразованию энергии суточного вращения в механическую. Колебания уровня моря приводят к периодическому затоплению и осушению береговой зоны на границе континента и океана. По мере приближения к берегу приливная волна увеличивается. Синергизм — способность системы самопроизвольно усиливать внешнее воздействие.
5.1 Литосфера Земли; её строение и состав.
Внутренне строение Земли включает три оболочки: земную кору, мантию и ядро. Оболочечное строение установлено дистанционными методами, основанными на измерении скорости распространения сейсмических волн - продольных (связаны с направлениями растяжения, ориентированными по направлению их распространения) и поперечных (вызываю колебания среды, ориентированы под прямым углом к направлению их распространения). Эти волны в жидкой среде не распространяются. Земная кора - каменистая оболочка, сложенная твёрдым веществом. Она отделяется от верхней мантии границей Мохоровича, на которой происходит скачок скоростей продольных сейсмических волн. Мантия представляет собой небольшую по объёму и весу оболочку Земли, простирающуюся от подошвы земной коры до границы Гутенберга, принимаемой за нижнюю границу мантии. Мантию подразделяют на нижнюю и верхнюю. Состав её достаточно однороден вследствие интенсивного конвективного перемешивания внутримантийными течениями. Верхняя мантия называется астеносферой - слой повышенной пластичности вещества, близкого к температуре плавления. Ядро представляет собой сфероид с радиусом около 3500 км. Это наиболее плотная оболочка Земли. Внешнее - в жидком состоянии и внутреннее — твёрдое. Литосфера - внешняя «твёрдая» оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосферу и подстилающие подвижные слои астеносферы, где обычно зарождаются и реализуются внутриземные движения тектонического характера, а также обычно находятся очаги землетрясений - тектоносфера. Минералы - хим. элементы в земной коре, образующие природные соединения. Это обычно твёрдые в-ва, обладающие определёнными физ. св-вами. Закономерные сочетания минералов образуют горные породы. По происхождению горные породы делят на магматические (застывание магмы; если в земле - интрузивные, излияния - эффузивные; по содержанию кремнезёма - кислые, средние, основные и ультраосновные), осадочные (за счёт отложения материала; разрушение - обломочные, при участии организмов -органогенные, выпадение в-ва из р-ра - хемогенные) и метаморфические (изменение магматических и осадочных горных пород). Около 90% - породы магматического и метаморфического генезиса. Для географической оболочки значительную роль играет относительно маломощный и прерывистый слой осадочных горных пород (стратисфера), которые непосредственно контактируют с разными компонентами оболочки. По строению и мощности различают два типа земной коры - материковая (континентальная) и океаническая. Материковая состоит из осадочного, гранитного (породы обогащенные кремнием и алюминием) и базальтового (обогащены кремнием и магнием) слоев. Граница между гранитным и базальтовым — граница Конрада. Океаническая кора двухслойная - базальтовый, на котором лежит маломощный осадочный. Базальтовые слои материковые и океанические принципиально различны. На материке - контактные формирования между мантией и древнейшими земными породами. В океанах это реальные базальтовые образования в основном мезозойского возраста, возникшие за счёт подводных излияний при раздвижении литосферных плит. Местами наблюдается переходный тип земной коры, для которого характерна значительная пространственная неоднородность. Наличие разных типов земной коры обусловлено различиями в развитии отдельных частей планеты и их возрасте. Океаническая кора возникла за счёт внедрения магмы по разломам между континентальной. Земная кора формировалась не менее 4 млрд. лет, в течение которых она усложнялась под воздействием эндогенных и экзогенных процессов. Проявляясь с разной интенсивностью и в разное время, тектонические движения формировали структуру земной коры, которые образуют рельеф планеты. Крупные формы рельефа -морфоструктуры (горные хребты, плато), мелкие - морфоскульптуры (карст). Основные планетарные структуры — материки и океаны. В пределах материка - складчатые пояса и платформы - структуры второго порядка. Платформы - устойчивые в тектоническом отношении участки земной коры, состоящие из фундамента (древнейшие породы) и осадочного чехла. Участки платформ, где фундамент погружён под осадочный чехол называют плитами. Места выхода пород фундамента - щитами. На дне океанов выделяют тектонически устойчивые участки — талассокротоны и подвижные - георифтогенали. Последние соответствуют срединно океаническим хребтам. Контактные зоны между континентами и океанами подразделяют на активные (очаги землетрясений, вулканизма) и пассивные (постепенные смены континентов через шельфы и материковые склоны). Фиксизм — фиксированное положение континентов, преобладание вертикальных движений в тектонических деформациях. Мобилизм — первостепенная роль горизонтальных движений - гипотеза дрейфа материков. Два варианта взаимодействия литосферных плит: расхождение и столкновение, горизонтальное скольжение. Пангея — 1)Гондвана (юг); 2)Лавразия (сев.)
5.2 Атмосфера Земли; её строение и состав.
Атмосфера - внешняя газовая оболочка Земли. Нижняя граница - земная поверхность, верхняя - на высоте 3000 км, где плотность воздуха становится равной плотности вещества в Космосе. Воздух атмосферы удерживается у земной поверхности силой притяжения. Общий вес атмосферы = 5,136 • 1015 т, что соответствует весу распределённого по Земле слоя воды толщиной в 10 м. Плотность воздуха надо уровнем моря в среднем = 1,2255 кг\м . На высоте 300 км плотность воздуха уже в 100 млрд. раз меньше, чем у поверхности. Атмосфера состоит из постоянных и переменных компонентов. К постоянным относятся азот. кислород и инертные газы. Постоянство определяется равновесием между выделением и поглощением кислорода и азота. Инертные газы не участвуют в реакциях. Переменные - диоксид углерода, водяной пар, озон, аэрозоли. Водяной пар задерживает до 60% теплового излучения планеты. С помощью водяного пара энергия испарения переходит в открытую форму. Благодаря этому большое количество энергии перемещается в географической оболочке, питая различные атмосферные процессы. Содержание диоксида углерода убывает с высотой, понижаясь на верхних слоях практически до нуля. Углекислый газ задерживает до 18% теплового излучения. Он является основным веществом для построения растениями органического вещества. Водяной пар и диоксид углерода служат атмосферными фильтрами, задерживающими длинноволновое тепловое излучение земной поверхности. Из-за этого возникает парниковый эффект, определяющий общее повышение температуры земной поверхности. Аэрозольные частицы — находящиеся во взвешенном состоянии минеральная и вулканическая пыль, продукты горении, кристаллики морских солей, споры и пыльца растений, микроорганизмы. Содержание аэрозолей определяет уровень прозрачности атмосферы. В связи с активной антропогенной деятельностью запылённость атмосферы увеличивается. В связи с этим понижается величина приходящей к Земле солнечной радиации. Наиболее крупные аэрозоли (ядра конденсации) способствуют превращению водяного пара в водяные капли (облака). Нижняя часть атмосферы называется тропосферой. В ней сосредоточено до 80% всей массы атмосферы. Понижение температуры в этом слое связано с расширением воздуха под воздействием уменьшения с высотой внешнего давления. Отклонение от нормального - инверсия. Физические свойства воздуха тропосферы во многом обусловлены характером взаимодействия с подстилающей поверхностью. Вследствие непрерывного перемещения воздуха его состав во всей толще тропосферы постоянный. Тропосфера содержит основное количество всей атмосферной влаги. Вблизи верхней границы тропосферы располагается переходный слой - тропопауза. Выше не поднимаются вертикальные потоки воздуха, обусловленные различиями его нагревания и увлажнения от земной поверхности (атмосферная конвекция). Выше тропосферы располагается стратосфера. В нижней её части наблюдается изотермия. Стратосфера охвачена мощной горизонтальной циркуляцией с элементами вертикальных движений, что способствует активному перемешиванию воздуха. Антропогенное загрязнение практически исключено, но сюда проникают продукты активных вулканических выбросов, сохраняющиеся довольно длительное время и влияющие на космическое излучение, включая солнечное. Особенностью стратосферы является озоновый слой. Поскольку атмосфера избирательно пропускает через себя электромагнитное излучение Солнца, солнечная радиация распределяется по земной поверхности неравномерно. Входящий в состав воздуха кислород взаимодействует с коротковолновой ультрафиолетовой радиацией, и когда молекула кислорода поглощает УФ свет достаточной энергии, она распадается: 02 + УФ свет => О + О. Атомарный кислород очень активен и присоединяет молекулу кислорода, образуя молекулу озона: атомарный кислород + молекулярный кислород (02) => озон (03). Озон сильно адсорбирует УФ лучи, которые губительны для живых организмов. Озоновые дыры - сокращение озона в атмосфере. Над стратосферой располагается мезосфера. Температура в этом слое вновь понижается и в ней наблюдаются «серебристые облака», состоящие из кристалликов льда. До высоты 800 - 1000 км располагается термосфера. Температура повышается. Воздух термосферы состоит преимущественно из азота и кислорода. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей частицы воздуха в термосфере электрически заряжены, с чем связано возникновение полярных сияний. Термосфера поглощает рентгеновское излучение солнечной короны и способствует распространению радиоволн. Выше 1000 км располагается экзосфера. Скорость движения здесь атомов и молекул газов достигает космической. Роль атмосферы в географической оболочке исключительно велика. Атмосфера преобразует поступающую солнечную энергию. Она поддерживает жизнь на Земле, защищая земную поверхность от охлаждения и регулирует распространение тепла и влаги. Она служит щитом против метеоритов и предохраняет организмы от УФ радиации.
5.3 Гидросфера; её строение и состав.
Гидросфера - совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических и атмосферных. Иногда воды морей и океанов объединяют в океаносферу. Возникновение воды на Земле обычно связывают с конденсацией водяных паров вулканических извержений, происходивших с начала формирования планеты. Доказательством наличия воды в геологическом прошлом являются осадочные горные породы, имеющие горизонтальную слоистость, которая отражает неравномерное осаждение минеральных частиц в водной среде. В естественных условиях только вода встречается в трёх агрегатных состояниях. Присутствие солей в воде изменяет её фазовые превращения. Вода - универсальный растворитель, она растворяет больше солей и прочих веществ больше, чем любое другое вещество. Это химически стойкое вещество, которое трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые стойкие горные породы. Вода обладает большой удельной теплоёмкостью, т.е. способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. Это свойство чрезвычайно важно, т.к. вода стабилизирует климат планеты. Аномальные свойства воды объясняются строением её молекулы: атомы кислорода прикрепляются к атому водорода не классически, а под углом 105 . Вследствие асимметрии одна сторона молекулы заряжена положительно, а другая отрицательно. Поэтому молекула воды представляет собой диполь. Процессы, где участвует вода чрезвычайно многогранны: фотосинтез растений и дыхание организмов, деятельность растений и организмов. Мировой океан - единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов. Согласно международной классификации насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объём воды Мирового Океана составляет 1340-1370 млн. км3. Благодаря большой массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функцию планетарного терморегулятора. Помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 и 92 встречающихся в естественных условиях элементов.
Воды суши, несмотря на сравнительно небольшой объём, играют огромную роль в процессах функционирования географической оболочки и жизнедеятельности организмов. Реки наиболее активный представитель пресных вод суши. К рекам относят постоянные и относительно крупные водотоки. Водотоки меньших размеров называют ручьями. Рельеф, геологическое строение, климат, почвы, растительность влияют на режим рек и формируют их природный облик. Река имеет исток и устье. Участок суши, по которому протекает река, называется руслом. Главная река и её притоки составляют речную систему. Реки, впадающие в Мировой океан, образуют эстуарии - обширные пространства смешения речной и морской воды. -характер стока рек в значительной степени зависит от их питания (дождевое, снеговое, ледниковое, подземное). Аллювия продукты размыва рек. Озера — естественный водоём суши с замедленным водообменном, не имеющий прямой связи с океаном. Для его образовании необходимо наличие замкнутого понижения земной поверхности (котловины). Водохранилище искусственное озеро. Болота - области суши, характеризующиеся избыточным увлажнением, застойным или слабопроточным режимом вод и гидрофитной растительностью. Возникновение болот связано как с климатическими условиями, так и с геологическим строением территории. Специфическим образованием болот является торф. Подземные воды - воды, находящиеся в горных породах в жидком, твёрдом или газообразном состоянии. Совокупность водотоков, водоёмов и других водных объектов составляет гидрографическую сеть. Воды суши сильно преобразованы человеком за счёт ирригации, мелиорации и других урбанистических процессов.
5.4 Биосфера Земли; её строение и состав.
Биосфера — это особый объём географической оболочки, своеобразная надсфера, объединяющая практически все геосферы, где существует или существовала жизнь. В широком смысле к биосфере относят не только наружную область Земли, в которой существует жизнь, но и все сферы в разной степени изменённые жизнью. Биостра — область активной современной жизни. Биота, биосфера - совокупность живых организмов. Биосфера — самая крупная экосистема Земли, область взаимодействия живого и косного вещества на планете. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Всю историю Земли её сопровождала жизнь в различных проявлениях. Основной фактор распространения жизни - солнечная энергия и жидкая вода из-за этого все живые организмы распределены в верхних слоях литосферы и гидросферы, а также по всей тропосфере. Чем лучше оболочка пропускает солнечные лучи, тем на большую глубину она заселена живыми организмами. Вода является, вероятно, более важным лимитирующим фактором в расселении организмов. Пространственная локализация жизни обычно связывается с особенностями функционирования живых организмов. Литобиосфера — живые организмы проникают на ничтожно малую глубину, основная их масса сосредоточена в верхнем слое почвы. С поверхности литосферы живые организмы проникают в нижние слои атмосферы - аэробиосферу. Однако организмы, проводящие всю свою жизнь в воздухе науке не известны. Протяжённость биосферы ввысь ограничена в основном недостатком жидкой воды и низким парциальным давлением углекислого газа. Высокогорную область биосферы называют эоловой зоной. Гидробиосфера заполнена жизнью по всей толще. Значительная асимметрия характерна для метабиосферы, охватывающей осадочные горные породы. Но издесь граница не опускается ниже уровня самых больших глубин океанов. Живые организмы обитают почти в любой среде, в том числе, в атомных реакторах и на дне глубочайших океанических понижений. Главная способность живых существ - способность к самовоспроизводству, а главная особенность
- его несимметричность и связанная с ней оптическая активность. Органический мир на Земле делится на два царства: 1 )прокариоты (безъядерные); 2) эукариоты (ядерные). 1)- бактерии и архебактерии. 2) — животные, грибы, растения. Автотропные (фотосинтез, хемосинтез) и гетеротрофные (питаются гтовым органическим веществом) организмы. Все организмы обладают подвижностью. На суше важную роль выполняют растения: в ходе фотосинтеза они продуцируют органическое вещество и свободный кислород атмосферы. Активнейшим стимулятором биохимических процессов являются микроорганизмы, без которых невозможна полная минерализация органического вещества. Основная жизнь в океане сосредоточена в поверхностном слое глубиной до 200 м, который обычно называют верхним деятельным слоем. Гидробионты
- обитатели океана. 1) у них более постоянные условия; 2) жизнь в океане возможна в толще воды, вплоть до самых больших глубин; 3) в водах океана содержится большое количество питательных веществ; 4) плотность морской воды обеспечивает физическую поддержку; По условиям обитания в океане различают - 1)пелагиаль - толща воды; 2) бенталь - дно. Первых в горизонтальном направлении делят на: 1) эпипелагиаль (до 200 м); 2) мезопелагиаль (750-1000 м); 3) абиссаль (до 6000 м); 4) ультраабиссаль (свыше 6000 м). По образу жизни: !)гоганктон - поверхностные водоросли, связывающие цепи питания поверхностных и глубинных слоев; 2)нектон - активно передвигающиеся животные; 3) бентос - обитатели моря, живущие на дне. На любом участке земной поверхности всегда обитает комплекс видов, находящихся с природой в определённых взаимоотношениях. Каждый организм испытывает воздействие экологических факторов — абиотических (факторы среды) и биотических (внутривидовых). Внутренняя организация сообщества — разнообразие видов, популяционные связи, распределение организмов в пространстве, характер взаимодействия с внешней средой. Адаптация к условиям - эволюция и биоразнообразие. Биогеоценоз - единство биоценоза (живой части) и биотопа (среды). Ареал - определённое место, где обитает данный вид. Биомасса — совокупность организмов (живых и отмерших) в экосистеме. Биопродуктивность — скорость продуцирования биомассы. В производстве биомассы участвуют продуценты. Основные вехи эволюции биосферы: 1) быстрое освоение жизнью нового пространства; 2) преобразование первичной атмосферы и стабилизация её газового состава; 3) замена восстановительного фона геохимической среды окислительным ; 4) возникновение почвообразовательного процесса; 5) детерминация химической активности природных вод.
5.5 Криосфера Земли; её строение и развитие.
Криосфера - прерывистая и непостоянная по конфигурации оболочка Земли в зоне теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы с отрицательными или нулевыми температурами, при которых вода находится в твёрдой фазе или в переохлаждённом состоянии. Вода в твёрдом состоянии представляет собой кристаллизующийся минерал — лёд, наличие которого в различных геосферах придаёт им новые качества и позволяет выделить сферы (зоны): криолитосферу - зону мёрзлых горных пород, криогидросферу - зону морских льдов, хионосферу - зону отрицательных температур в атмосфере. Это определённое состояние частных геосфер. Распространение криосферы связано с природными условиями различных районов - суровой Арктики и Антарктики, высокими горами и равнинами полярных областей. Для криосферы характерна глобальная дисимметрия, когда в районах с холодным морским климатом или влажным континентальным образуются льды наземные (ледники), а в районах холодного сухого континентального климата - льды подземные. Современное оледенение включает: оледенение поверхности суши и верхних горизонтов земной коры и ледяной покров гидросферы - плавучие (пресноводные и морские) льды. Лёд следует рассматривать как природный материал, который в течение сезонов года непрерывно меняет свои свойства. В природе встречается лишь одна фаза льда, однако всего их 14 (могут быть получены в лабораторных условиях). Льды суши: временные (сезонные) образования, многолетний ледяной покров (наземные, плавучие, с берега шельфовые ледники, подземные льды). Ледники покрывают примерно 10% от всей площади суши, все горы мира охвачены современным оледенением. Распространение ледников подчиняется широтной географической зональностью и высотной поясностью, поэтому в зависимости от географической широты ледники находятся разной абсолютной высоте. Экзарация - разрушительная работа под действием движения ледников. Морены -транспортируемый ледниками материал - продукты разрушения горных пород. Вечная мерзлота - это часть земной коры, которая характеризуется средней нулевой или отрицательной температурой. Мёрзлые грунты, как и ледники, отражают не только современные климатические условия, но и обстановку прошлых эпох. Плавучие льды образуются с замедлением обмена веществ между океаном и атмосферой. Плавучий лёд образуется при охлаждении воды ниже точки замерзания, которая различна для пресной и морской воды. С понижением температуры плотность воды увеличивается, и, опускаясь, холодная вода вытесняет более тёплую к поверхности. Такой процесс называется конвекцией. Классификация: 1 Происхождение; 2)тип; 3) возраст. Айсберги формируются на суше. Вода в твёрдом состоянии также играет важную роль в реализации влаго- и теплообмена земной поверхности. Вода — хороший поглотитель солнечной энергии, а лёд хороший отражатель. Образование льда задерживает конвекция вглубь океана. Льдом целиком поглощаются прямые и рассеянные солнечные лучи. В покрытых льдом полярных областях процессы переноса тепла и скрытой теплоты парообразования фактически останавливаются. В итоге разность температур между тропиками и полярными областями резко увеличивается. Это приводит к более энергичной циркуляции в глобальной системе ветров, что обуславливает более мощный теплоперенос к полюсам.
5.6. Физико-химические свойства воды; понятие солёности.
В естественных условиях только вода встречается в трёх агрегатных состояниях. Присутствие солей в воде изменяет её фазовые превращения. Вода - универсальный растворитель, она растворяет больше солей и прочих веществ больше, чем любое другое вещество. Это химически стойкое вещество, которое трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые стойкие горные породы. Вода обладает большой удельной теплоёмкостью, т.е. способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. Это свойство чрезвычайно важно, т.к. вода стабилизирует климат планеты. Аномальные свойства воды объясняются строением её молекулы: атомы кислорода прикрепляются к атому водорода не классически, а под углом 105°. Вследствие асимметрии одна сторона молекулы заряжена положительно, а другая отрицательно. Поэтому молекула воды представляет собой диполь. Процессы, где участвует вода чрезвычайно многогранны: фотосинтез растений и дыхание организмов, деятельность растений и организмов. Мировой океан - единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов. Согласно международной классификации насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объём воды Мирового Океана составляет 1340-1370 млн. км . Благодаря большой массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функцию планетарного терморегулятора. Помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 и 92 встречающихся в естественных условиях элементов. В 1 км морской воды содержится около 40 т растворённых твёрдых веществ, которые определяют её солёность. Солёность выражается в промилле и её средняя величина для океанических вод равно 35 промилле. Температура воды и солёность определяют плотность морской воды. В составе воды: 1) твёрдые вещества; больше всего в морской воде содержится хлора; хлориды придают горько-солёный вкус, сульфаты, карбонаты. В пресной воде наоборот - больше всего карбонатов и меньше всего хлоридов; 2) биогенные элементы (питательные вещества) - фосфор, кремний, азот и др.; 3) газы -в морской воде содержатся все атмосферные газы, но в другой пропорции; 4) микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях.
Для солёности характерен выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и понижение значения у полюсов. Чередование полюсов повышенной и пониженной солёности у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков.
5.7 Тропосфера: основные понятия о переносе воздуха (воздушные массы, циклоны и антициклоны» атмосферные фронты).
Воздушная циркуляция обусловлена неравномерным распределением атмосферного давления у земной поверхности, следствием чего является система ветров - направленных перемещений воздуха из области высокого давления в область низкого. Барическое поле, слагаемое различными воздушными массами, состоит из отдельных барических систем, среди которых различают циклоны (область низкого давления в центре и движение воздуха против часовой стрелки) и антициклоны (область высокого давления в центре и движение по часовой стрелке), барические депрессии и гребни, ложбины и седловины. Различают постоянные центры действия атмосферы — область высокого или низкого давления, существующие круглый год или определённый сезон. Преобладающие переносы воздушных масс проявляются в пассатных, муссонных, бризовых циркуляциях, в формировании и миграции квазистационарных воздушных фронтов (типа внутритропические зоны конвергенции). Особый интерес представляют тропические циклоны, называемые в Атлантике - ураганами, в Тихом -тайфунами. Основными параметрами барических систем являются траектория, скорость перемещения, радиус действия, атмосферное давление в центре образования. Перемещающиеся циклоны оказывают влияние на подстилающую поверхность, нарушая нормальное распределение гидрометеорологических величин. Из-за различий солнечного тепла на Земле и характера подстилающей поверхности воздух тропосферы в горизонтальном направлении распадается на отдельные воздушные массы -большие объёмы воздуха, обладающие относительно однородными свойствами и движущееся как единое целое в общей циркуляции атмосферы. Свойства воздушных масс зависят от географических широт и характера подстилающей поверхности. Выделяют типа воздушных масс: 1)Экваториальный (образуется в экваториальной полосе, характеризуется высокой температурой и влажностью; в тёплый период экваториальный воздух заходит в субэкваториальный пояс, принося сюда обильные осадки); 2)Тропический (массы, формирующиеся в тропических и субтропических широтах над океанами и материками; в летнее время он образуется над аридными районами умеренных широт; континентальный тропический воздух характеризуется высокой температурой и низкой влажностью, морской прохладнее, но содержит много влаги, но из-за температуры он редко достигает насыщения, т.е. имеет низкую относительную влажность); 3)Воздух умеренных (формируется в обоих полушариях и отличается большим разнообразием); 4)Арктический и антарктический воздух юразуется над ледовыми и снежными поверхностями северных и южных полярных регионов; низкие температуры, малое содержание влаги и прозрачность). Атмосферные фронты — пограничные слои контакта областей формирования воздушных масс. Здесь происходят самые интенсивные движения воздуха, поскольку встречаются воздушные массы, обладающие разными физическими свойствами.
5.8 Мировой океан: основные понятия о переносе воды (водные массы; основные закономерности распределения
температуры воды и солёности, гидрологические фронты).
. Мировой океан - единая непрерывная водная оболочка. Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов. Согласно международной классификации насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объём воды Мирового Океана составляет 1340-1370 млн. км . Благодаря большой массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функцию планетарного терморегулятора. Температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам. Температура воды понижается с глубиной. Наибольшие изменения происходя в верхнем слое до глубины 50-100 м. С глубиной различия стираются. Водные массы - это большой объём воды, формирующийся в определённом районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами. По вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные. Среди поверхностных - экваториальные, тропические, субтропические, субполярные и полярные. Границами различных типов водным масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенции (расхождения) или конвергенции (схождения) вод. Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой. Здесь происходит интенсивное перемешивание вод. В мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня. Разнообразные процессы, протекающие на огромной акватории Мирового океана оказывают существенное влияние на процессы, происходящие на суше и в атмосфере.
5.9 Воды суши: реки, озёра, болота, подземные и грунтовые воды, ледники.
Воды суши, несмотря на сравнительно небольшой объём, играют огромную роль в процессах функционирования географической оболочки и жизнедеятельности организмов. Реки наиболее активный представитель пресных вод суши. К рекам относят постоянные и относительно крупные водотоки. Водотоки меньших размеров называют ручьями. Рельеф, геологическое строение, климат, почвы, растительность влияют на режим рек и формируют их природный облик. Река имеет исток и устье. Участок суши, по которому протекает река, называется руслом. Главная река и её притоки составляют речную систему. Реки, впадающие в Мировой океан, образуют эстуарии - обширные пространства смешения речной и морской воды. Характер стока рек в значительной степени зависит от их питания (дождевое, снеговое, ледниковое, подземное). Аллювия -продукты размыва рек. Озера — естественный водоём суши с замедленным водообменном, не имеющий прямой связи с океаном. Для его образовании необходимо наличие замкнутого понижения земной поверхности (котловины). Водохранилище - искусственное озеро. Болота - области суши, характеризующиеся избыточным увлажнением, застойным или слабопроточным режимом вод и гидрофитной растительностью. Возникновение болот связано как с климатическими условиями, так и с геологическим строением территории. Специфическим образованием болот является торф. Подземные воды - воды, находящиеся в горных породах в жидком, твёрдом или газообразном состоянии. Совокупность водотоков, водоёмов и других водных объектов составляет гидрографическую сеть. Воды суши сильно преобразованы человеком за счёт ирригации, мелиорации и других урбанистических процессов.
Пищевая (трофическая) цепь — ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель. Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80—90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4—5. Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища — потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические вилы. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пиши для других организмов. Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциальная энергия пищи переходит к её потребителю. При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4-5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального. Обычно для каждого звена цепи можно указать не одно, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища— потребитель». Так, траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы являются пищей не только для человека. Установление таких связей превращает пищевую цепь в более сложную структуру— трофическую сеть. Трофический уровень— условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы. В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем. Существует 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные. В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (конеументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка. В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям— хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи. Наземные детритные цепи питания более энергоемки, поскольку большая часть органической массы, создаваемое автотрофными организмами, остается невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасенных автотрофами, 90% же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.
Биомасса - совокупность организмов (живых и отмерших) в экосистеме. Биопродуктивность — скорость продуцирования биомассы. В производстве биомассы участвуют продуценты. Первичной продуктивностью называется скорость, с которой продуценты связывают энергию и запасают её. Вторичной называют скорость продуцирования биомассы консументами второго порядка - редуцентами - потребителями мертвого органического вещества. Неоднородность распределения биомассы по вертикали и по горизонтали, вторая особенность - концентрация биомассы на контакте контрастных сред. Главная контактная среда - граница суши и океана с атмосферой. На суше величина биомассы обнаруживает тесную связь с водородно-тепловыми условиями. Максимальные показатели для лесных сообществ. В океане, где фитопланктон занимает центральное место в составе продуцентов, для распределения биомассы характерны циркумконтинентальная и горизонтальная зональности. Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении биомассы от прибрежных зон к центральным частям океанов, что объясняется снижение количества питательного вещества в воде. Горизонтальная зональность связана с закономерностями распределения и характером циркуляции вод. Низкие значения биомассы типичны для тропических морей и центральной части СВ океана. Высокие показатели - районы умеренного пояса в северной части А и с-з части Тихого океанов Продуктивность океанов гораздо ниже продуктивности материков. Это объясняется тем, что микроскопические продуценты погружены в воду и удалены друг от друга. Кроме того, солнечное излучение в большей мере поглощается водой, чем поверхностью суши.
На любом участке земной поверхности всегда обитает комплекс видов, находящихся с природой в определённых взаимоотношениях. Каждый организм испытывает воздействие экологических факторов - абиотических (факторы среды) и биотических (внутривидовых). Внутренняя организация сообщества - разнообразие видов, популяционные связи, распределение организмов в пространстве, характер взаимодействия с внешней средой. Адаптация к условиям - эволюция и биоразнообразие. Биогеоценоз (минимальная единица биосферы как экосистемы) - единство биоценоза (живой части) и биотопа (среды). Ареал - определённое место, где обитает данный вид. Какими бы не были экологические факторы, результаты их действия сравнимы, поскольку они всегда выражаются в изменении жизнедеятельности организмов. Эту зависимость изображают в виде графиков толерантности организмов к диапазону изменчивости абиотических условий. Как отклик на влияние — разнообразие видов.
5.13 Кора выветривания и её роль в природных процессах.
Выветривание - процесс преобразования минералов и горных пород под воздействием экзогенных факторов. Кора выветривания — результат выветривания, комплекс вторичных, обычно рыхлых горных пород, возникших в верхних приповерхностных частях литосферы в результате преобразования магматических, метаморфический и осадочных пород под влиянием внешних процессов. Элювий - преобразованные толщи, постепенно сменяющиеся вниз исходной горной породой. Обычно выделяют продукты выветривания, созданные преимущественно за счёт физического разрушения горных пород, химического и биогенного преобразования. Климат регулирует скорости процессов выветривания. Рельеф контролирует водный режим и характер перераспределения вещества. Состав материнских пород влияет на формирование минералов коры. Типы коры выветривания: латеришый, сиалитный, окисленных руд, обломочный. В зависимости от минерального состава виды: гиббситовый, каолинитовый, монтмориллонитовый, сульфидный и др. Для коры выветривания характерны процессы окисления и гидратации. Окисление связано с тем, что многие элементы изменяют валентность. Гидратация - все минералы содержат воду. При интенсивном выветривании большая часть твёрдых частиц переходит в глинистое вещество. Кора выветривания может формироваться среди различного рельефа, в любых гидроклиматических условиях. Процесс выветривания неразрывно связан с денудацией - перемещением продуктов выветривания горных пород водой, ветром, льдом или под действием силы тяжести. При выветривании происходит образование новых растворов, минералов, горных пород. В вещественном составе кор выветривания и их профилях отражены особенности природных условий времени корообразования, что позволяет восстанавливать физико-географические обстановки прошлых эпох.
Почва - поверхностный слой земной коры, возникший в результатепреобразования коры выветривания под действием воды, воздуха и живых организмов. Почва состоит из минеральных частиц, почвенной влаги, почвенного воздуха, организмов и гумуса. В процессе почвообразования формируются почвенные горизонты - слои почвы, различающиеся по цвету, структуре, содержанию гумуса и механическому составу. Важнейшим процессом, обеспечивающим дифференциацию почвенного слоя на горизонты, является вертикальное перераспределение вещества при инфильтрации влаги и почвенных растворов. Почвенный покров выполняет следующие функции: I) обеспечение жизни на Земле; 2)обеспечение постоянного взаимодействия круговоротов веществ на земной поверхности; 3) регулирование состава атмосферы и гидросферы; 4) регулирование интенсивности биосферных процессов; 5) накопление на земной поверхности активного органического вещества гумуса и связанной с ним химической энергии; 6) защитная роль литосферы. Почва - особое природное образование, где процессы обмена веществ и энергии между компонентами ландшафта достигают наивысшего напряжения. Движение вещества в почве многообразно и осуществляется в виде незамкнутых циклов, степень схождения которых в пространстве и во времени. Это тем более важно, так как выходя за пределы педосферы они включаются в гпланетные циклы миграции вещества, охватывающие всю географическую оболочку.
6.1 Зональность земной поверхности; её причины и географические следствия.
Важнейшей чертой Земли является закономерное изменение природных компонентов от экваторы к полюсам, что проявляется в зональности. Основные причины - форма и положение Земли относительно Солнца, вследствие чего солнечные лучи падают на земную поверхность под разными углами, постепенно уменьшающимися в обе стороны от экватора. Наличие зональности на земном шаре обусловлено планетарно-космическими причинами. 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. По мере удаления от земной поверхности зональность затухает. Зональные черты выделяются лишь путём относительно генерализации мелких структурных подразделений.
6.2 Радиационные, тепловые, климатические и географические пояса и ландшафтные зоны Земли; принципы их выделения.
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. 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 (июля или января), два холодных, в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°С.
Климатические пояса. Действительно, атмосферная и океаническая циркуляции и влагооборот влияют на тепловые условия земного шара, а следовательно, и на все то, что прямо или косвенно ими управляется. Причины и следствия переплетены здесь настолько тесно, что все три фактора должны рассматриваться как сложное единство. Каждый из перечисленных факторов зависит от географической широты места, высоты над уровнем моря и характера земной поверхности. Широта определяет величину солнечной радиации. С высотой меняются температура и давление воздуха, содержание в нем влаги, режим ветров. Так как все климатообразующие факторы, кроме рельефа и расположения суши и моря, имеют тенденцию к зональности, вполне естественно, что и климаты зональны.
По относительной устойчивости климата отдельных участков земной поверхности выделяют тринадцать климатических поясов: экваториальный, два субэкваториальных, два тропических, два субтропических, два умеренных, два субарктических, два арктических.
Географические пояса. Климатические пояса служат основой для выделения географических поясов - наиболее крупных зональных подразделений географической оболочки. По числу и по названиям они совпадают с климатическими (13), но границы этих поясов совпадают не везде. Это связано с более сложной их организацией, включающей почвенно-растительный покров, геоморофологические, 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 протяжённость, т.к. условия увлажнения обусловлены не только климатическими факторами, но и структурой самого ландшафта. Палеогеографические исследования подтверждают факт смещения ландшафтных зон в ходе геологического времени и климатическую обусловленность их формирования и подвижности. Климатические условия географических поясов и зон можно оценить с помощью показателей: коэффициента увлажнения Высоцкого-Иванова (k=Х\Е0, где Х- годовая сумма осадков, мм; Ео - годовая испаряемость, мм) и радиационного индекса сухости Будыко (г=R\LХ, где R — годовой радиационный баланс, LХ — энергия, которая потребовалась бы на испарение атмосферных осадков). Значение показателей определяют характер увлажненности ландшафта: аридный (засушливый) или гумидный (влажный). Значения показателей могут повторяться в зонах, относящихся к разным географическим поясам. Наличие однотипных ландшафтных зон в разных поясах связано с повторением одинаковых соотношений тепла и влаги. Это соотношение справедливо для равнинных территорий. В горных районах с высотой понижается температура, уменьшается количество осадков. 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 зон и ландшафтов с высотой получила название высотной поясности. Зоны на равнинах и высотные пояса формируют своеобразную систему. 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 выделяются, т.к. морская и континентальная области не имеют резких различий.