Основные закономерности строения ГО.

3.1. Изучая отдельные компоненты, явления, процессы, мы отмечали взаимосвязь между ними, взаимообусловленность, т.к. каждый процесс, явление можно объяснить, если рассматривать не только в отдельности, а как часть целого, во взаимосвязи, взаимозависимости с другими компонентами, процессами, явлениями (образование пустыни Такла-Макан). Взаимосвязь определяет развитие пустынного ландшафта. Изменение одного звена влечет за собой изменение всех остальных (воробьи и шелковая промышленность в Китае, кошки и клевер в Англии). Взаимосвязь между отдельными компонентами сфер определяет развитие и формирование, единство и целостность ГО. Каждый компонент ГО развиваем по своим законам и в то же время испытывает непрерывный обмен веществ и энергии между составными частями этой оболочки. Единство и целостность ГО определяется обменом веществ и энергии, которые происходят в процессе круговоротов.

3.1.1. Круговорот энергии. Энергия ГО является движущимся началом всех ее процессов. Все виды энергии постепенно превращаются в тепловую. Все процессы, происходящие в ГО, имеют три основных источника энергии: 1)солнечная; 2)внутренняя и 3)гравитационная энергия (в стадии изучения, под действием силы тяжести происходят склоновые процессы, в количественном отношении они плохо изучены). Основным источником энергии в ГО является солнечная радиация. Тепловой поток, получаемый Землей от Солнца, почти в 1930 раз превышает тепловой поток, идущий из глубин Земли. На верхней границе атмосферы количество энергии 1,4*1021 ккал/год. Значительная часть солнечной радиации отражается атмосферой обратно в Космос, поглощается и идет на ее нагревание, рассеивается и излучается в Космос. Оставшаяся часть доходит до Земли (5,5*1020ккал/год). Из этого количества часть солнечной радиации отражается в атмосферу, половина расходуется на испарение, частично - на нагревание литосферы, фотосинтез. Энергия, достигшая земной поверхности, во взаимодействии с силой тяжести обуславливает циркуляцию атмосферы и гидросферы (течения, господствующий перенос). Приведя в действие разнообразнейшие процессы, протекающие в ГО, солнечная радиация почти полностью превращается в тепловую энергию и возвращается обратно в Космос. Однако, этот круговорот, благодаря способности ГО аккумулировать солнечную энергию, не замкнут. Незначительная часть солнечной энергии отражается и не превращается непосредственно в тепловую энергию, а благодаря реакции фотосинтеза аккумулируется в биомассе зеленых растений в форме химической энергии, способной к дальнейшим превращениям. После отмирания гетеротрофных организмов, основная часть их химической энергии превращает в результате окисления в тепловую. Остальная часть химической энергии мертвых органических веществ оказывается захороненной в осадочных породах, где при недостатке кислорода может сохраняться, превращаясь в другой вид энергии (торф, уголь, нефть). Вторым источником энергии, поступающей в ГО, служит внутренняя энергия Земли. На всю поверхность поступает 3x1017 ккал/год, что в 4700 раз меньше солнечной энергии, поступающей к верхним слоям атмосферы и в 1930 раз меньше – к поверхности Земли. Основным источником внутренней энергии Земли является энергия радиоактивного распада элементов, энергия химических реакций и энергия, связанная с действием гравитационных сил внутри планеты.

3.1.2. Круговорот воды. Значение круговорота воды: 1) определяет единство вод на планете (стих), 2)источник поступления пресной воды на земную поверхность, 3)поддерживает динамическое равновесие вод на планете и стабильность уровня Мирового океана. Основная особенность планетарного влагооборота - разность между испарением и осадками. Над экваториальной зоной осадков больше на 50-100 мм/см2, чем испарение (зона сходимости пассатов, высокие температуры). В тропических широтах - испаряется на 500-1000 мм/ см2 больше влаги, чем возвращается с осадками (зона высокого давления, нисходящее движение воздуха). В пределах умеренных широт осадки превышают испарение на 250-500мм/см2. Это определяет закономерности расположения географических поясов. Но влагооборот изменяется не только по широтам, но и по сезонам: в теплое время испарение протекает активнее, чем в холодное. Влагооборот изменяется и по отдельным геологическим эпохам, в результате изменения солнечной активности (колебания уровня Каспийского моря). В круговороте воды различают большой, малый круговорот и бессточные области.

3.1.3. Газообмен. Интенсивно газообмен происходит между гидросферой и атмосферой., Несмотря на это в каждой сфере сохраняется постоянство соотношения кислорода и азота, хотя это соотношение различно в воздухе и Мировом океане При 0°С в атмосфере содержится кислорода-21%, азота-79%, углекислого газа - 0,03-0,04%; в океане - кислорода- 35%, азота – 65%, т.е. в атмосфере азота в четыре раза больше, чем кислорода, в океане - в два раза. Общий объем газов растворенных в Мировом океане (по данным А.П.Виноградова) примерно в три раза больше всего объема его вод. Такое большое накопление газов определяется исключительно высокой их растворимостью в воде. При такой массе газов океан свободно восполняет недостаток газов в воздухе или поглощает их избы ток, который создается в процессе планетарного обмена. Следовательно, Мировой океан выступает в роли главного фактора, с которым связано установление динамического равновесия газообмена, а также постоянство газового состава атмосферы и гидросферы. Количество газов в Мировом океане зависит от температуры (чем ниже температура, тем больше газов поглощается), от жизнедеятельности растительных и животных организмов, биохимической переработки и окисления минеральных и органических веществ, структуры и циркуляции вод. Рассматривая газообмен, нельзя не остановиться на вопросе влияния молекул газов, поглощающих инфракрасное излучение, на изменение климата: азот, кислород, озон, углекислый газ, водяные пары атмосферы свободно пропускают коротковолновую солнечную радиацию и задерживают длинноволновое тепловое излучение Земли (пыль не пропускает коротковолновую солнечную радиацию). Это оказывает влияние на климат: потепление, похолодание. В последние годы ко­личество углекислого газа возросло, что привело к увеличению температуры за 100 лет на 1°С. Если концентрация так же будет возрастать, то через 50 лет содержание СО2 - 0,3% и средняя температура воздуха может подняться на 12°С. Но т.к. океан будет поглощать СО2, то наступит новое динамическое равновесие в планетарном газообмене. Но СО2 в атмосфере все-таки будет больше современного в 4 раза (0,12%). Средняя температура повысится на 7°С. Ледники начнут таять и уровень Мирового океана поднимется на 100м. 3.1.4. Круговорот минеральных веществ. ВТО поступает вещество из глубоких слоев Земли вместе с продуктами вулканизма, изверженными породами и из Космоса с метеоритами, метеорной пылью. ГО теряет в Космос наиболее легкие атомы, в основном водород и гелий. В областях устойчивого погружения вещество ГО входит в глубокие слои Земли, переплавляясь, входит в состав веще­ства, поступающего в ГО из глубоких слоев Земли. В процессе переноса, пере распределения водных, воздушных масс, жизнедеятельности организмов осуществляется обмен минеральных частиц между лито-, гидро- и атмосферой. В круговороте воды не только вращается чистая вода. С водяным паром с океана на сушу переносятся частички морских солей, которые выпадают с осадками. Эти соли вместе с другими веществами, полученными в результате процессов выветривания, почвообразования, частично выносятся реками в океан, частично оседают на суше и могут уходить в местах устойчивого погружения в глубокие слои Земли. В результате поднятий и опусканий поверхности суши и океанско­го дна соотношение суши и океана изменяется. Горные породы, сформированные на дне океана, выходят на поверхность, подвергаются выветриванию, продукты разрушения выносятся в океан, где отлагаются, трансформируются и дают на­чало новым породам.

3.1.5. Биогенный круговорот. В пределах ГО происходит сложнейший обмен, связанный с жизнедеятельностью организмов, усваивающих и перерабатывающих огромное количество минеральных веществ. Основные этапы биогенного круговорота по С. В. Калеснику: 1)в зеленых растениях идет фотосинтез, 2)органические вещества животных и растительных организмов после смерти разлагаются микробами до простейших соединений - вода, аммиак, углекислый газ и др. 3)минеральные вещества, полученные таким путем, снова поглощаются растениями, животными, микробами и вновь входят в состав сложных органических веществ. Биогенный круговорот действует многие сотни млн. лет и определяет многие особенности ГО и характер связи между атмо-, гидро- и литосферой. Само образование атмосферы связано с биологическими процессами (первоначальный состав атмосферы: аммиак, метан, углекислый газ, сероводород). ВЫВОД: непрерывный обмен энергии, веществ между сферами, компонентами в результате вышеперечисленных круговоротов обуславливает развитие единства и целостности ГО. Движущим началом круговоротов является энергия Солнца, внутренняя энергия Земли и гравитационная энергия. Каждый из круговоротов представляет собой незамкнутую систему, которая соединяется со всеми другими круговоротами, создается общий круговорот энергии и веществ, который обуславливает единство и целостность ГО.

3.2. Ритмичность ГО (возвращение в идентичное состояние). Определенные элементы ГО закономерно повторяют определенные качественные состояния. Интервалы повторения могут быть одинаковыми и неодинаковыми. По особенностям повторяемости различных процессов и явлений во времени ГО характеризуется периодической и циклической ритмичностью. Периодическая ритмичность - это такое изменение состояния системы, при котором она возвращается в идентичное состояние через равный промежуток времени. Суточная - бризы, горнодолинные ветры, физическое выветривание; годовая миграция, спячка животных, таяние ледников; внутривековые- 11-летние, 22-летние (зависят от солнечной активности. Циклическая ритмичность - это такое изменение состояния систмы, при котором она возвращается в идентичное состояние через любой интервал времени(регрессии и трансгрессии моря, тектонические ритмы от нескольких тыс.лет до нескольких сотен млн. лет).

Цикличность в развитии рельефа обусловлена эндогенными процессами. Тектонические процессы больше денудации - восходящий рельеф, тектонические движения меньше денудации - выравнивание рельефа. Идентичность не означает неизменность состояния (складчатые горы - глыбовые горы). Каждый новый ритм в общих чертах повторяет предыдущий, но в целом знаменует некоторый, пусть небольшой шаг к новому, шаг вперед, по пути развития на новом уровне. Развитие идет поступательно от простого к сложному, от низшего к высшему, от старого к новому. Поступательность не означает плавность.

3.3.Зональность ГО. Характерной структурной особенностью ГО является зональность. Основоположником учения о географической зональности является В.В Докучаев, который сформулировал его так: "Благодаря известному положению нашей планеты относительно Солнца, благодаря вращению Земли, ее шарообразности, климат, растительность и животные распределяются по земной поверхности, по направлению с севера на юг, в строго определенном порядке, с правильностью, допускающей разделение земного шара на пояса - полярные, умеренные и д.р.". Он взял в основу зональности 3 момента: 1)положение Земли относительно Солнца, 2)вращение Земли, 3)шарообразность Земли. Положение Земли определяет количество солнечной энергии, шарообразность определяет угол падения солнечных лучей, зональность распределения солнечной энергии. Угол падения в Астраханской области летом 65-68°. Вращение Земли обуславливает смену дня и ночи, времен года, силу Кариолиса, пояса освещенности. Формула зональности ГО:

СЭ + ФЗ + ДЗ, где СЭ - солнечная энергия, ФЗ - форма Земли, ДЗ - движение Земли.

При изучении зон В.В Докучаев особое внимание уделял изучению почв. Идеи Докучаева дали мощный толчок к развитию комплексной ландшафтной географии. В 1910го ученик Докучаева А.М.Краснов впервые в географической литературе описывает ландшафтные области и зоны всего земного шара. Новый этап (второй) в развитии учения о природных зонах составляют труды Льва Семеновича Берга. Природные географические зоны он трактует как крупные ландшафтные комплексы, все компоненты которых находятся в тесном взаимодействии. Описание природных зон Советского Союза он приводит в своей монографии "Географические зоны Советского Союза"(1947г.), Третий этап связан с исследованиями А.А.Григорьева и М. И. Будыко. Они развили, конкретизировали закон зональности. А.А.Григорьев так его сформулировал: «В основе изменений строения и развития географической среды (суши) по поясам, зонам и подзонам лежат прежде всего изменения количества тепла как важнейшего энергетического фактора количества влаги, соотношения количества тепла и количества влаги».Пояса выделяются в основном по термическому фактору (солнечная радиация + общая циркуляция); зоны внутри них - по балансу тепла и влаги(т.е. по характеру увлажнения). Григорьев определил важную роль соотношения тепла и влаги для проведения границ зон и установил периодический характер географической зональности. М. И. Будыко для вычисления этих соотношение разработал специальный метод. В основе его лежит перевод количества годовых осадков в количество тепла, т.е. разница между количеством калорий, необходимых испарения данного количества влаги: К=R/S, где К - радиационный индекс сухости, R - годовой радиационный баланс земной поверхности, т.е. разница между количеством тепла, поглощаемого этой поверхностью и количестве тепла, отдаваемого ею. Это разница между суммарной радиацией и эффективным излучением, S - количество калорий, необходимых для испарения данного количества влаги. Использование для географических целей этих показателей основывается на том, что годовой радиационный баланс земной поверхности хорошо отражает количество тепла, а сумма годовых осадков - количество влаги, участвующей в природных процессах на поверхности Земли.

Физический смысл соотношения тепла и влаги заключается в следующем. В тех случаях, когда соотношение показателя радиационного баланса земной верхности и показателя годовых осадков, выраженных в количестве калорий, которое нужно потратить для испарения этих осадков, равно или близко к 1, между теплом и влагой, участвующими в природных процессах географической среды, имеется количественное соответствие - соразмерность: осадков выпадает столько, сколько может испариться с земной поверхности в данных тепловых условиях. В строении, динамике географической среды такая соразмерность выражается в том, что создается сочетание условий, имеющих положительное значение для развития биокомпонентов географической среды. При К=1 развивается в умеренном поясе зона лесостепей, часть субтропического пояса и западные побережья экваториального пояса. В тех же случаях, когда соотношение тепла и влаги отклоняются от единицы (в любую сторону) между количеством тепла и влаги создается несоответствие, диспропорция, выражающаяся в том, что осадков выпадает значительно больше или значительно меньше, чем может испариться при данных тепловых условия: В результате в условиях данного теплового режима нарушается беспрепятственное и бесперебойное протекание либо процессов транспирации и испарения при недостатке влаги, либо процессов аэрации почвогрунтов - при избытке влаги. Если К больше 1, то увеличивается засушливость, при К=1,5 ,1,8 -степи, а при К=2-3-пустыни и полупустыни. Если К меньше 1, то распространены переувлажненные участки (гилеи в экваториальном поясе, болота в умеренном поясе). Анализ соотношений тепла и влаги по земному шару показал, что одно и то же значение К повторяется в зонах, относящихся к разным географическим поясам. Величина К определяет тип ландшафтной зоны. Это позволило сделать вывод о периодическом характере закона зональности. В обиходе часто используют коэффициент увлажнения. Он отражает соотношение осадков и испаряемости. В Астраханской области испаряемость составляет около 1000 мм/год, на севере области- 900мм/год, количество осадков около 200-250мм/год. Коэффициент увлажнения равен 0,15-0,2, что показывает засушливость, аридность климата.

4. Общепланетарные факторы воздействия на географическую оболочку

Магнитное поле Земли. В Г.О. и в околоземном пространстве существует магнитное поле, в каждой точке которого стрелка компаса будет располагать­ся параллельно магнитным силовым линиям. При этом один конец стрелки указывает на северный магнитный полюс, а другой - на южный. Магнитные полюсы и полюсы географические не совпадают. Положение магнитных полюсов со временем меняется. Северный магнитный полюс дрейфует со скоростью 5-8 км/год. Магнитное поле характеризуется напряженностью. В некоторых местах Земли магнитные силовые линии отклоняются от нормального поля, образуя аномалии (например - Курская магнитная аномалия).

Предположительно образование магнитного поля связано с динамическими процессами в мантии и ядре Земли. На расстоянии, равном 10-14 земным радиусам от центра планеты, магнитное поле встречается с потоком заряженных скоростных (400 км/с) частиц, именуемых солнечным ветром. Геомагнитное поле, взаимодействуя с солнечным ветром, образует магнитосферу. Под ударами солнечного ветра магнитосфера сжата со стороны Солнца и, напротив, сильно вытянута и противоположном направлении. Так образуется хвост маг­нитосферы, вытянутый на 900-1050 земных радиусов.

Магнитное поле становится главным препятствием для проникновения в Г О. губительного для живого вещества корпускулярного излучения Солнца. Одновременно магнитосфера пропускает к поверхности планеты рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, радиоволны и лучистую энергию, которая служит основным источником тепла и энергетической базой происходящих в Г.О. процессов.

Экспериментально доказаны связи между функциями, растений и животных в зависимости от их ориентации в магнитном поле (магнитотропизм).

Форма и размеры Земли и их географические следствия. Проблема определения формы и размеров Земли была и остается одной из важнейших в физической географии. В 1940 г. под руководством советского астронима-геодезиста Н. Ф. Красовского были определены размеры основных элементов эллипсоида (Красовского). Экваториальный радиус -6378245 .м, полярный - 6356833 м, а полярное сжатие - 1:298,3. Разница между полярным и экваториальным радиусами - 21382 м. Общая площадь эллипсоида вращения - 510 млн.км ².

Однако форма Земли. не совсем совпадает с фигурой эллипсоида. Еще в 1873 г. немецкий геодезист Е.Листинг предложил сравнивать форму Земли с уровенной. спокойной поверхностью мирового океана, продолженную под континентами. Эта фигуре Земли была названа геоидом (подобный Земле).

Геоид - фигура не геометрическая. Ее поверхность обусловлена физическими свойствами планеты. Максимальные возвышения геоида наблюдаются в Тихом океане севернее Австралии (77 м), в Атлантике вблизи Гренландии (66 м) и южной части Индийского океана (51 м), а минимальные отметки - у о. Шри-Ланка (-105м), в центральной Азии (-58м ), в районе Бермуд (-52м) в Атлантике. Для рассмотрения глобальных географических закономерностей достаточно рассматривать Землю как шар.

С шарообразной формой Земли связано важное географическое явление - равномерное распределение солнечной энергии по широтам. Таким образом, вблизи экватора приходится максимум солнечного тепла, а чем дальше от него к северу и к югу, тем его меньше на единицу горизонтальной плоскости. Неодинаковое поступление солнечного тепла на разных широтах сказывается на особенностях обменных процессов в атмосфере и в гидросфере. Шарообразная форма Земли в сочетании с параллельным потоком солнечных лучей становится первопричиной зональности процессов, компонентов и ландшафтов Г.О.

Размеры Земли наряду с плотностью вещества, площадью ее поверхности и объем - определяют массу Земли (5,975x10 ²¹ т). Масса же Земли, создавая величину притяжения, препятствует рассеиванию атмосферного воздух космическое пространство и одновременно влияет на его газовый состав.

Цепочка связей размеры Земли - атмосфера имеет продолжение. С существованием атмосферы в прямой зависимости находится наличие гидросферы, без которой не могло быть многих динамических и биохимических процессов в Г.О. Атмосфера регулирует приходно - расходную часть тепловой энергии, се озоновый экран защищает живые организмы от избытка, ультрафиолетовых лучей. Не будь атмосферы, среднегодовая температура понизилась бы на материках до -23,6° и океанах до -20° вместо +14,4° и +17,4° в настоящее время.

Географические следствия годового движения и суточного вращения Земли. Со сверхкосмической скоростью почти 30 км/сек движется Земля по эллиптической орбите вокруг Солнца. В афелии, самой удаленной от Солнца точке, расстояние составляет 152*10 км и приходится на 5 июля, а в перигелии оно уменьшается на 5*10⁶ км и приходится на начало января.