Целостность (единство) географической оболочки заключается во взаимосвязи всех ее компонентов, которыми она составлена. Любая трансформации одного компонента приводит к закономерному изменению другого – и так далее по цепочке.
Конечно, нельзя сказать, что любое малейшее вмешательство в природу приводит к лавине необратимых негативных последствий. Если мы нечаянно сорвали лист с куста или ненароком наступили на дождевого червя, то это не приведет к уничтожению биосферы впоследствии. В масштабах географической оболочки отрицательные эффекты прослеживаются на мега- и макроуровне. Например, глобальное охлаждение атмосферы может привести к разрастанию ледников и даже их движению, как это наблюдалось в очень далеком прошлом в Европе. Но похолодание климата – это, в свою очередь, следствие внешнего воздействия на географическую оболочку, со стороны Космоса и земных недр.
Когда же мы говорим, например, о фации, то здесь уже представление о невмешательстве человека в структуру геосистемы значительно сужается. Здесь может быть очень много различных нюансов, но самое главное заключается в следующем. Если по какой-то причине невозможно избежать нарушения компонентов геосистемы, то, по крайней мере, необходимо давать природе определенное время на заживление «ран», чтобы она успевала восстанавливаться до прежнего уровня.
Здесь можно провести аналогию с человеком. Если системы в человеческом организме постоянно, изо дня в день подвергаются негативному влиянию со стороны пагубных факторов (вредные привычки, неблагоприятные и вредные условия работы и жизни), то органы просто не успевают естественным образом избавляться от ядов – по той причине, что им (органам) в распоряжение предоставляется очень мало времени для восстановления. Известен один медицинский факт, что после многолетнего употребления табака человеку, если он принял твердое решение оставить данное мероприятие, требуется минимум два года (в зависимости от стажа и тяжести заболевания), чтобы все токсические вещества (любого происхождения) и различные накопившиеся балласты полностью удалились из организма, а поврежденные системы вернулись к возможно нормальному уровню функционирования и состояния, на клеточном уровне.
Итак, целостность географической оболочки выражается в основном в том, что все компоненты взаимодействуют друг с другом – посредством кругового перемещения вещества и энергии, то есть вещественно-энергетического обмена, что приводит к сохранению балансовых соотношений внутри эпигеосферы.
Зональность географической оболочки возможно рассматривать на уровне любого компонента, а также на уровне геосистем. Само собой разумеется, что материки и горные системы не сменяют друг друга по широте, у них свои, тектонически обусловленные закономерности размещения и развития.
Первая ступень геосистемной зональности – это ландшафтные пояса, подчиняющиеся данному закону в полной мере.
Биосфера
Из всего «арсенала» всевозможных геосфер и систем, вмещающихся в структуру эпигеосферы, максимальный интерес вызывает биосфера. При начальном знакомстве с данным образованием возможно обозначить его в качестве сферы распространения органики в географической оболочке.
Биосферу, нужно отметить, нельзя считать обособленной оболочкой, как, например, неорганические сферы (литосфера, гидросфера, атмосфера). Но в тот же самый момент это образование не является пассивным: биосфера не выполняет исключительно зависимую роль относительно других слоев эпигеосферы. На протяжении всей истории Земли (в геологической ретроспективе) биоматерия оказывала огромное влияние на минеральные породы, воду и воздух… Рассматривая именно под таким углом суть биосферы, мы приходим к более глубокому осмыслению ее роли.
Таким образом, биосферой называется оболочка Земли, в границах которой по ходу всей геологической истории живые существа оказывали и оказывают в наше время воздействие на неживые элементы природной среды. Т. е. биосферу следует изучать исключительно в рамках тех пределов, где непосредственно органическая материя напрямую контактирует и контактировала с литосферой, гидросферой и атмосферой. В данном аспекте устанавливаются отличительные качества биосферы относительно географической оболочки, в которую, по мнению многих ученых, входит не только пространство подвижного взаимодействия органики с неорганикой, но и области, в границах которых все геосферы оказывают и оказывали воздействие друг на друга. Строение эпигеосферы характеризуется всеми чертами разностороннего взаимоотношения земных оболочек.
Полноценное определение биосферы показывает еще и то, что в ее составе содержится не только лишь кора выветривания (область литосферы, в сегодняшнее время подвергающаяся воздействию живых существ), но и в целом вся стратисфера (осадочная оболочка), сформировавшаяся при деятельном участии биоматерии. Нижние (древние) слои осадочной оболочки на данный момент не испытывают на себе преобразования со стороны биогенного материала, но в данных пластах отображена история соучастия органики в процессах литогенеза. Месторождения нефти, природного газа, залежи каменного угля – весомое тому свидетельство. Все эти типы естественного топлива обладают биогенной сутью.
Кроме всей стратисферы, в изучаемую нами оболочку включается вся гидросфера и тропосфера, выше которой деятельные биогенные элементы (т. е. живые организмы, воздействующие на процессы, протекающие в атмосфере) не могут жить. В атмосфере пределы биосферы устанавливают на высоте до 15 километров – от поверхности суши и океаносферы.
Гидросфера целиком включается в состав биосферы: даже в глубоководных желобах обнаруживаются активные формы жизни.
Устанавливая рубеж биосферы по подножию осадочного слоя, мы неминуемо приходим к такому определению, как статическая биосфера. От этого понятия нужно отличать динамическую биосферу. Различие между ними состоит вот в чем. В статическую биосферу входят те осадочные толщи, которые сегодня уже не подвергаются преобразованию со стороны живых организмов (глубина стратисферы: от 0 км на щитах – до 25 км). Динамическая биосфера охватывает пространство современной жизнедеятельности организмов и поэтому не распространяется дальше нижнего предела коры выветривания – т. е. ниже 200 м. В структуру коры выветривания иногда включается и почвенный слой.
Имеется еще такое понятие, как парабиосфера. Данный термин определяет биосферу как область распространения не только деятельной (преобразовательной) жизни, но и перспективно активной (на сегодняшний момент инертной), которая при благоприятных обстоятельствах способна быстро включиться в активную работу. К примеру, в приполюсных частях Земли, в пустынях тропического климата, а также в верхних слоях климатосферы перспективно деятельные органические формы существуют в неактивном статусе, т. е. в состоянии покоя (ожидания).
Непосредственно понятие «биосфера» обнаруживает себя как тройственная структура. Тройственность данной оболочки дает нам возможность поделить ее на три структурных категории:
1. Зоогеосфера (область развития животного мира). 2. Фитогеосфера (область развития растительных форм жизни). 3. Микробогеосфера (зона существования микроорганизмов).
Зоогеосфера в атмосфере распространяется до точек наибольшей высоты полета птиц; в Мировом океане – до точек максимальной глубины обитания рыб; в осадочные толщи животные не имеют возможности проникать глубоко (максимум – несколько метров).
Фитогеосфера распространяется на слой воздуха, доходящий до высоты верхушек крон наиболее рослых деревьев планеты; соответственно в осадочном слое нижний предел фитогеосферы ограничивается максимальной глубиной проникновения в грунт древесных корней; в Мировом океане водные растения способны развиваться на различной глубине – вплоть до 11 км.
Бактерии (микроорганизмы) в воздушной среде могут существовать до той высоты, где наблюдается максимальная концентрация озона – 20—25 километров; в осадочной оболочке – до глубины 5 км; в океаносфере такие организмы обнаруживаются везде и на любых уровнях.
По сути, определение «микробогеосфера» показывает, что биосферу возможно изучать как оболочку, в границах которой могут жить всякие живые организмы – и деятельные, и потенциально деятельные, и неактивные. Всё это свидетельствует о существовании такого понятия, как большая биосфера.
Как мы убеждаемся, пределы биосферы установить довольно сложно. Но в любом варианте последнее представление об этой оболочке (большая биосфера) в аспекте физической географии является наиболее неприемлемым.
Так или иначе, именно рамками биосферы очерчены границы эпигеосферы. Хотя рождает много точек зрения нижний предел географической оболочки, проводимый некоторыми учеными по подножию астеносферы.
Состав биосферы. Биосфера по определению составлена биогенными компонентами природы, которые мы можем поделить на следующие группы: 1 – животные, 2 – растения, 3 – грибы, 4 – микроорганизмы.
Животные формы биоматерии по разнообразию видов превалируют над растительными формами (1,5 млн. видов против 0,5 млн.), но совокупная животная биомасса уступает растительной. Грибы в отдельных случаях не вычленяют в автономную группу, а изучают их вкупе с растительными элементами. Однако подобный подход не является в достаточной степени правильным.
Все концентрические оболочки Земли, проанализированные нами ранее, включаются в состав эпигеосферы. В этом заключается ее коренная схожесть с биосферой. Но узловое различие между данными сферами, как уже было отмечено, содержится в том, что биосфера – это именно часть географической оболочки, ее деятельная биогенная ступень, органическая фаза эволюции.
Почвенный слой Земли
Общие особенности почвенно-растительного покрова материков. Почвой называется самый верхний слой земной коры, образующий дневную поверхность. В научных трудах некоторых исследователей почва так и рассматривается – в качестве непосредственно геологической формации, пусть даже и несколько нестандартной.
Нужно отметить, что и в наши дни фиксируется тенденция присоединения отрасли, которая изучает почвенный покров, к геологии – с целью ликвидации якобы научной «бесприютности» почвоведения. Однако особенность данной формации до такой степени тонка и уникальна, что мы не можем причислить ее даже к осадочным пластам. По-существу, любая научная система из цикла наук о Земле – будь то метеорология или же гидрология, а также вулканология – имеет право изучать почвенный покров со своих точек зрения, так как горизонты почвы воспроизводят и запечатлевают все процессы, протекающие в природной среде.
Появление почвы и в целом почвенно-растительного покрова – неповторимое событие для Вселенной. До сегодняшнего дня астрономы доподлинно не нашли ни одной такой планеты, минеральная база которой была бы с внешней стороны защищена подобным природным покрывалом.
Гидрометеорологическое и геологическое состояние Земли в такой мере благополучно, что почвенно-растительный покров должен по идее выстилать всю поверхность Земли. Однако такого факта мы не наблюдаем. Почвы нет там, где климатический режим проявляет себя как губительный фактор по отношению ко всему живому – т. е. в пустынных регионах планеты. В таких местах минеральная основа оголена и потому вступает в прямой контакт с тропосферой и солнечной энергией. По этой причине земля в пустынях в большей степени уязвима, нежели породы, которые защищены почвенно-растительным покровом. Такое обстоятельство делает акцент на еще одной функции почвенно-растительных систем – защитной. Поскольку грунт, несмотря на свою кажущуюся «незыблемость», достаточно бессилен перед стихиями Земли, которые обнаруживают себя в процессах формирования ландшафтов не только в качестве конструктивных агентов, но и стремительных деструктивных факторов.
Существует, конечно, тип пустынь, где защитное предназначение почвенно-растительного слоя принимают на себя ледниковые и снежные массы – холодные и ультрахолодные ледяные пустыни на севере и крайнем юге планеты, а также высокогорные местности. Т. е. такие ландшафты находятся на островах Арктики, в Антарктиде и на высокоприподнятых частях эпиплатформенных и эпигеосинклинальных горных стран. В какой-то степени подобные панцири предохраняют минеральную базу от любых видов эрозии грунта (денудации). Но, надо сказать, что от явления ледникового выпахивания такие ландшафты, само собой разумеется, не избавлены.
Однако выходы непосредственно горных пород на дневную поверхность возможно обнаружить не только лишь в пустынных регионах. Почвенно-растительного покрова может не быть на отвесных (обрывистых) горных склонах и на береговых уступах у рек, озёр, морей и океанов. В таких местах осыпные процессы проходят так динамично, что почва с растениями просто не успевают сформироваться. Часто встречаются и искусственные оголения грунта, появляющиеся в карьерах и в местах заброшенных котлованов. Но все эти антропогенные точки в любом случае зарастают со временем, или же наполняются грунтовой и атмосферной водой (так образуются пруды). Природная среда постоянно стремится к тому, чтобы по максимуму снизить причиненный ей урон в результате антропогенного давления.
На всех прочих территориях Земли почвенно-растительные процессы проходят в полноценном варианте. И здесь появляется проблема: а можно ли причислять к почве слои иловых отложений на дне океаносферы?.. Эти формации тоже ведь насыщены жизнью, воздухом, органикой различного рода…
Донные илы – океаническая версия, аналог сухопутной почвы, по причине их механической тождественности наземному слою. Почва, таким образом, кардинально видоизменяясь, продолжается и под морской водой. Однако между наземной почвой и ее донной вариацией имеется принципиальное различие. Донные илистые структуры – по существу, первичная стадия образования осадочных пластов. Почва же с точки зрения сохранения жизни животных и растений – конечный этап развития осадочных формаций, или конечный цикл, к которому «стремится» минеральная порода. «Почва» на дне океаносферы – это, по сути, начальная почва, или прапочва, которая потом при благоприятных климатических и тектонических условиях превращается в горную породу, а позже – в классическую почву. Само собой, не весь ил, аккумулирующийся на дне Мирового океана, впоследствии обнаружится на суше, из которого в конечном итоге сформируется полноценный почвенно-растительный покров. Но в общем подобный механизм является универсальным.
Факторы почвообразования. Почвенные горизонты появляются в итоге многосторонней трансформации дневной поверхности земной коры (самых верхних слоев). Перерождение минеральных пород в почвенный слой происходит по причине влияния на него многих факторов:
1. Геолого-геоморфологические факторы (состав и возраст материнской горной породы, крупные формы рельефа территории).
2. Климат (температурный режим воздуха, количество осадков).
3. Органические факторы (деятельность животных, растений и микроорганизмов, грибов).
4. Факторы, связанные с деятельностью человека.
5. Время.
Влияние пластики рельефа (геоморфологии) на организацию почвенного покрова двойственно. Крупные формы занимаются не только перераспределением атмосферных осадков по элементам рельефа (выступам и впадинам), но и сами по себе выполняют климатическую функцию. В данном отношении рельеф возможно причислить к группе климатических факторов.
Все перечисленные выше факторы синхронно влияют на минеральную породу в течение очень долгого времени. Поэтому пятый фактор, время, является основополагающим в процессах развития почвенного слоя. Минеральная порода становится почвой крайне медленно – после отхода моря, таяния ледника, перемены климата с сухого и ветреного на влажный (в песчаных пустынях), прекращения извержений лавы и т. д. Таким образом, нужно, чтобы прошло много времени: мощность почвенного профиля каждые сто лет увеличивается только лишь на 0,5—2 см.
Почвенные горизонты. Разница между типами почв зиждется на том, что почвенный профиль меняет свою структуру и мощность от места к месту. Толщину почвенного слоя устанавливают горизонты почвы, а вернее – их мощность и число. Рассмотрим порядок напластования горизонтов друг на друга в характерных почвенных профилях Восточно-Европейской равнины.
Широкие территории данной равнины в центральной ее части устланы такими типами почв, как подзолистые, дерново-подзолистые, дерновые, болотно-подзолистые почвы (заболоченные), торфяно-глеевые (болотные).
В подзолистой почве – 4 основных горизонта:
А0 – лесная подстилка (кора, ветки, опавшие листья)
А2 – подзолистый (элювиальный) – горизонт вымывания
В – горизонт вмывания (иллювиальный)
С – почвообразующая (материнская) порода
D – порода, подстилающая материнскую
Подзолистая почва развивается под сенью хвойных лесов – на различных песках и супесях.
D-горизонт при изучении профиля считается факультативным (т. е. не обязательным). Но учитывать его всё-таки нужно – при скрупулезном изучении почвенных характеристик ландшафта и при оценке целесообразности освоения какой-либо местности в хозяйственном плане. Дело в том, что подстилающий минеральный пласт оказывает сильное воздействие на вышележащую материнскую породу, а через нее – на все горизонты почвенного профиля. Наиболее ярко такое влияние прослеживается там, где под материнским пластом находится слой, который кардинально отличается по составу от почвообразующей породы (к примеру, когда карбонаты залегают под глинами).
В дерново-подзолистой почве – 5 основных горизонтов:
А0 – лесная подстилка либо тонкая дернина
А1 – гумус
А2 – элювиальный
В – иллювиальный
С – почвообразующая (материнская) порода
D – порода, подстилающая материнскую
Дерново-подзолистый тип почвы образуется под лесными массивами различного породного состава и на любой минеральной базе; на лугах, лесных опушках и пашнях. В отличие от подзолистой почвы, дерново-подзолистая характеризуется плодородным слоем. Это очень весомая разница, определяющая дерново-подзолистую почву как эффективную в аспекте сельскохозяйственного освоения.
Дерновые почвы имеют 4 основных горизонта:
Ад – дернина
А1 – гумус
В – иллювиальный
С – почвообразующая (материнская) порода
D – порода, подстилающая материнскую
Это почвы лугов, в которых, как можно понять, нет элювиальной (подзолистой) прослойки. Гумусовый горизонт обладает здесь мощным профилем. Образуются подобные почвы преимущественно на покровных лессовидных суглинках или в тех ландшафтах, где под почвообразующим пластом находятся известковые образования. В таких местах уже четко прослеживается функция подстилающих пород в развитии почвы.
Болотно-подзолистые почвы имеют 4 основных горизонта:
Ат – торфяной горизонт
А2 – подзолистый (элювиальный)
G – глеевый горизонт
С – почвообразующая (материнская) порода
D – порода, подстилающая материнскую
Данные почвы появляются под пологом влажных хвойных или смешанных лесов – в депрессиях рельефа либо на плоских территориях с замедленным дренажом (т. е. в тех местах, где наблюдается временный застой поверхностной влаги, либо там, где фиксируется высокое стояние грунтовой воды). В данных почвенных формациях выработан самостоятельный глеевый горизонт G.
Оглеение – биохимический процесс трансформации почвы в условиях кислородного недостатка.
Процессом оглеения может быть задета всякая почва, в которой формируется «независимый» глеевый слой. При таком раскладе к главному наименованию почвы приписывается слово «глеевая». Но порою подобной прослойки вообще нет в почве (в свободном виде), и признаки оглеения (горизонтальные и вертикальные полоски разной толщины, сизые пятна) возможно найти в одном горизонте, в нескольких или во всех горизонтах. В таком случае к буквенному индексу горизонта добавляется индекс – g, а к наименованию горизонта дописывается слово «глеево» (через дефис). Например, А1g, Bg и др.
Болотные почвы обладают всего лишь двумя горизонтами:
Ат – торфяной (слой торфа) – от 30 до 50 см
G – глеевый
Типы почв полярных регионов. В центральных регионах Антарктического материка, несмотря на жесткий полярный климат, образуется тип почвы, которую можно назвать почвой холодных пустынь. Она появляется в тех местах, где грунтовая поверхность свободна от ледников и снега – по причине чрезвычайно небольшого количества осадков и сильнейших ветров, не дающих снегу зафиксироваться и слежаться. Эта почва из-за своей древности отличается красноватым оттенком, потому что сформировалась она, согласно одной из многих версий, еще в те времена, когда Антарктида была жарким и влажным материком.
Из-за катастрофически сухого климата данная почва засоленная и не имеет почти никакого созидательного развития, существуя очень много лет в бездеятельном состоянии.
В прибрежных районах Антарктиды, где климатический режим намного теплее и влажнее, почвы уже не такие скромные, как в центральных частях континента: они содержат в себе большое количество гумуса и различных минеральных веществ (в особенности там, где живут пингвины, беспрерывно снабжающие почву органикой).
В арктическом географическом поясе среди каменистых территорий развиваются почвы, которые именуются арктическими дерновыми. Они отличаются серо-бурым цветом и имеют гумусовый горизонт (глубиной до 20 см).
Гравитационное и магнитное поля Земли
Кроме вещественных геосфер, Земля состоит еще из энергетических оболочек: гравитационное поле и магнитное поле.
Все вещественные оболочки обладают одним общим свойством – сферичностью, оттого и называются сферами. Подобной фигурой характеризуется также энергетическая оболочка Земли – гравитационное поле.
Гравитационное поле Земли. Это земное пространство (от центральной точки планеты – до высоты примерно 36 тыс. километров над твердой и жидкой земной поверхностью), в границах которого все предметы и явления испытывают на себе влияние силы тяжести.
Силой тяжести называется геометрическая сумма силы притяжения Земли и центробежной силы.
Необходимо отметить, что сила тяжести и сила притяжения Земли – это не совсем тождественные друг другу определения: на силу тяжести соответственно воздействует совокупность тех факторов, которые были озвучены выше, т. е. сила притяжения Земли и центробежная сила. Разберем первый фактор.
1. Сила притяжения Земли. Находится в зависимости от:
А. Влияния ближайших космических тел. Сила взаимного влияния объектов Вселенной зависит от: 1 – расстояний между ними; 2 – от массы самих тел. На земной шар воздействует Луна и Солнце. Но так как данные объекты расположены в достаточной мере далеко от Земли, их влияние (которое всё же фиксируется) в общем плане не принимается во внимание.
Б. Распределения масс на поверхности Земли и внутри нее. Горные системы создают добавочное давление на верхние слои мантии, из-за этого сила тяжести в таких регионах должна быть больше, чем на платформенных равнинах. На жидкой поверхности Мирового океана напротив – сила тяжести должна быть меньше, чем на платформенных равнинах, так как вода по определению легче твердых минеральных пород. Но измерения говорят о том, что сила тяжести на одной и той же параллели повсюду (и на суше, и на поверхности океаносферы) характеризуется одинаковой величиной. Этот факт свидетельствует, что массы внутри нашей планеты, находящиеся под земной корой и непосредственно на поверхности Земли, распределяются в целом равнозначно. Объясняется подобная равнозначность так. В местах, где осуществляется большое давление пород земной коры на мантийный материал (в горных системах), породы мантии опускаются вниз. А в тех частях Земли, где есть недостаток массы земной коры (дно Мирового океана), мантийное вещество подходит ближе к земной поверхности.
Поэтому земная кора, компенсируемая мантией, существует в состоянии изостатического равновесия. Земная кора как бы «плавает» в мантии. Таким образом, на поверхности Земли сила тяжести почти всюду равна. Отклонения (положительные аномалии) силы тяжести отмечаются исключительно в пределах молодых горных систем: под ними мантийное вещество пока не успело опуститься – нужно, чтобы прошло определенное время, поскольку сбитое равновесие приходит к норме не в один момент. Процессы компенсации (уравновешивания) земной коры протекают на глубине от 100 до 150 километров. Данный внутриземной слой именуется слоем изостазии.
2. Центробежная сила. Разберем теперь второй фактор, оказывающий влияние на силу тяжести.
На Земле, которая вращается и обладает шарообразной формой (в грубом расчете), центробежная сила находится в зависимости от широты местности. На полюсах такая сила равняется нулю, на экваторе – достигает наибольших значений. Чем меньше значение центробежной силы, тем большими значениями обязана обладать сила тяжести. Так и выходит: Северный и Южный полюса – это «точки», на которых сила тяжести больше на 0,6%, чем на экваториальной «полосе». Из этого возможно сделать вывод, что на полюсах сила тяжести равняется силе притяжения.
Гравитационное поле содержит в себе такое понятие, как ускорение свободного падения. На полюсах оно равняется 9,83 м/с², на экваторе 9,78 м/с². Ускорение свободного падения плавно уменьшается от полюсов в сторону экватора – 55/1000 м/с² на каждый градус географической широты.
Рассматривая всё, что было нами озвучено выше, следует утвердительно сказать, что сила тяжести почти целиком зависит от силы притяжения. Даже большая центробежная сила экватора не влияет существенным образом на величину гравитации (различие в силе тяжести между двумя полюсами и экватором – всего 0,6%).
Еще есть такое понятие, как напряженность гравитационного поля Земли. Так называется величина силы тяжести. В горизонтальном плане напряженность плавно и равнозначно убывает от полюсов к экватору. В вертикальном плане (от земной поверхности – вниз и вверх по вертикали) напряженность гравитационного поля уменьшается – в соответствии с изменением высоты и глубины. На высоте 36 тысяч км от поверхности суши или океанов, а также в центральной части земного шара сила тяжести равняется нулю.
Несложно вычислить радиус сферы гравитационного поля – от центральной точки Земли до 36 тыс. километров над поверхностью геоида. Исходя из среднего радиуса планеты, примерный радиус гравитационного поля равен 42 367 километров.
Сила тяжести всегда направлена по вертикали (отвесу) к поверхности Земли.
Гравитационное поле без какого-либо утрирования можно обозначить в качестве фундаментальной энергетической сферы Земли. Как сама Земля, так и все ее внутренние и внешние процессы, обязаны своим существованием и правильным функционированием именно гравитационному полю.
Значение гравитационного поля
1. Организация формы земного шара. 2. Удерживание атмосферного воздуха. 3. Атмосфера – залог существования гидросферной оболочки. 4. Уплотнение вещества внутри Земли и формирование плотного земного ядра. 5. Сила тяжести – первопричина гравитационной дифференциации земного материала, которая порождает нагрузку масс в глубине Земли, создавая тепловую энергию. Помимо этого, тепловая энергия высвобождается при радиоактивном распаде некоторых элементов (цезия, урана, тория). Тепловая энергия – причина тектонизма внутри планеты и на ее поверхности. 6. Стремление земной коры к изостатическому равновесию. 7. Сила тяжести обуславливает внешние геологические и гидрологические процессы: склоновое перемещение вещества, выпадение осадков, сток вод и пр.
Гравитационное поле – не уникальная энергетическая сфера нашей планеты. К невещественным оболочкам относится и магнитное поле Земли. Разберем сжато функцию геомагнитного поля в глобальных природных процессах земного шара.
Магнитное поле Земли. Это невещественная (энергетическая) оболочка Земли, производимая веществом внутри Земли – на границе мантии и ядра. Одно из нескольких предположений объясняет существование магнитного поля вокруг нашей планеты кольцевыми электрическими токами, возникающими во внешнем ядре.
Магнитное поле распространяется от земной поверхности на высоту примерно 100 тыс. километров (это несколько радиусов Земли). До высоты 44 тыс. километров данное поле плавно убывает, от 44 тыс. до 80 тыс. км оно проявляет неустойчивость, и уже на высоте 90 тыс. км магнитное поле лишается возможности захватывать частицы, обладающие электрическим зарядом.
Основная роль магнитного поля Земли заключается именно в отклонении (т. е. в захватывании) заряженных частиц (протонов и электронов), распространяющихся с огромной скоростью в сторону нашей планеты от атмосферы Солнца – в совокупном корпускулярном потоке солнечного ветра. На небесном теле, которое не находится под защитой магнитного поля, теоретически появление высшей жизни невозможно: сильный поток заряженных частиц губительно влияет на органические формы материи и сбрасывает со счетов саму вероятность появления жизни. Но такое воззрение, само собой, является предположением, а не доказанным фактом.
Магнитное поле прикрывает нашу планету не только от пагубного для нас солнечного ветра, но и от общего космического излучения, движущегося к Земле из глубин Мироздания.
Геомагнитное поле не является стабильной энергетической оболочкой. Его состояние периодически меняется. Краткосрочные изменения (возмущения) сопряжены с воздействием радиации Солнца на данное поле; долгосрочные инверсии связаны с изменением скорости и направленности процессов, которые происходят на рубеже земного ядра и мантии.
Краткосрочные усиления («порывы») солнечного ветра, который выбрасывается в космическое пространство солнечной короной, порождает мощные возмущения («всплески») в геомагнитном поле – магнитные бури. Они, как правило, продолжаются от нескольких часов до нескольких дней. «Порывы» солнечного ветра образуются и при вспышках в солнечной хромосфере, энергия которых распространяется на солнечную корону. С геомагнитными бурями связывают еще полярные сияния.
Геомагнитное поле изменяет собственную полярность с определенной периодичностью (период – от 100 тыс. до 1 млн. лет). Смена магнитных полюсов провоцирует прекращение существования магнитного поля – на несколько тысяч лет. Само собой, в то время, когда магнитного поля у Земли нет, солнечный ветер беспрепятственно заходит в атмосферу и достигает поверхности Земли. При этом защитный озоновый слой исчезает, и ультрафиолетовые лучи получают возможность свободно воздействовать на биосферу. Это усугубляет ситуацию. Поголовная и быстрая гибель некоторых животных в определенных геологических эпохах, предположительно, сопряжена именно с тем, что северный магнитный полюс и южный магнитный полюс периодически менялись местами.
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ (И ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ)
Всю историю формирования нашей планеты и, следовательно, эпигеосферы (от самого начала до сегодняшнего состояния) возможно разбить на три больших периода (этапа): добиогенный, биогенный, антропогеновый.
Добиогенный этап развития Земли. Первичная материя (праматерия) заключала в себе вещество, из которого, спустя какое-то количество миллиардов лет, образовались все астрономические объекты, включая Землю.
Земля возникла примерно пять млрд. лет назад – из крупиц так называемого газопылевого облака, из которого образовались и остальные планеты Солнечной системы, включая и само Солнце. В ходе вращения данного облака крупицы его вещества ударялись друг об друга, сплачивались и таким образом увеличивались – за счет объединения. В конечном счете, это облако дифференцировалось на несколько самостоятельных газопылевых вихрей, индивидуальное вращение которых в итоге окончило начальную фазу образования планет (и Земли в частности) и Солнца.
Так уплотнялись и укрупнялись отдельные планетарные сгустки. Данный процесс происходил в течение от 200 до 500 млн. лет. Но образовавшаяся Земля была только в геодезическом отношении приближена к своему сегодняшнему варианту. По другим же показателям наша планета серьезно отличалась от той версии, которую мы знаем на данный момент времени.
Гравитационная энергия медленно разъединяла материал, из которого состоит Земля, – на протяжении какого-то количества миллиардов лет. Тяжелые элементы опустились к центральной части планетарного тела и сформировали ядро, сравнительно тяжелые элементы построили мантийную оболочку и земную кору, а легкие – гидросферную оболочку. Из наиболее легких частиц вещества была образована атмосфера, являющаяся физическим смешением различных газов.
По этой причине после окончания процесса гравитационной дифференциации, наша планета являла собой «безупречную» модель – в ракурсе гравитационного распределения вещественного материала. Иными словами, вся поверхность земного шара тогда была жидкой, т. е. представляла собой воду сплошного Мирового океана.
Позже, когда планета встала на биогенный этап эволюции, внутреннее развитие мантии и ядра послужило началом для серии энергопотоков, которые значительно подняли дно первичного всеохватывающего Океана над водной поверхностью. Таким образом сформировалась суша, которая была представлена одним-единственным гигантским образованием (сегодня он называется в основном Пангеей), окаймленным со всех позиций акваториями древнего океана Панталасса.
Биогенный и антропогеновый этапы развития Земли. Первые примитивные формы жизни (микроорганизмы) возникли, гипотетически, в конце архея (но это не доказано). Древний Океан к началу той эры по своему статусу близко подошел к современному варианту – в достаточной мере опреснился, обогатился всеми необходимыми элементами и освободился от лишних, капитально аэрировался (насытился воздухом).
На смену биогенному этапу пришел антропогеновый, который продолжается и в наши дни. Его начало совпало с появлением на Земле первых людей – со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Структура геохронологической шкалы (основные черты). Наиболее верное и четкое представление об эволюции земного шара дает геохронологическая шкала. В соответствии с ней геологическая хронология природных событий на Земле разделяется на четыре колоссальных по времени интервала, которые именуются эонами. Выделяют следующие эоны: доархей, архей (AR), протерозой (PR), фанерозой.
В данной схеме архей и протерозой сливаются в единый геологический отрезок, который мы называем криптозоем, или докембрием. По существу, криптозой можно считать мегаэоном. В те далеко отстоящие от нас времена Земля была почти бессодержательна в аспекте жизни.
Нужно сказать, что доархей к докембрию не присоединяется: доархей – отдельный эон (о нем позже).
Фанерозой ознаменовался стремительным появлением первичных развитых (в той или иной степени) органических форм – резким приумножением их количества и видового многообразия. До того момента были исключительно простейшие организмы (микроорганизмы). Данный этап развития продолжается и сегодня – мы живем во время фанерозоя. Подойдет к своему логическому завершению он, по всей видимости, тогда, когда наша планета возвратится к абиогенной стадии. В теоретическом плане подобное событие вполне возможно, но в практическом отношении всё не так просто.
Возникает проблема: если докембрий мы обозначаем в качестве мегаэона, то по какой причине фанерозой в научном мире не позиционируется в подобном качестве?.. Здесь вся суть вопроса заключается в том, что докембрий – законченная стадия, которая длилась очень долгое время (несколько миллиардов лет), а фанерозой еще не завершен, и его возраст включает в себя всего лишь несколько сотен миллионов лет. Один этот факт свидетельствует, что фанерозой пока еще нельзя считать мегаэоном. Через то или иное количество миллиардов лет, если полноценные формы органической материи всё-таки останутся на Земле, фанерозою можно будет присвоить статус мегаэона.
Эоны делятся на эры. Что касается доархея, то здесь дело обстоит следующим образом. Это древнейший эон. Он вступил в свои права с самого начала появления Земли как геодезически сформированного небесного тела. Какое количество времени он существовал и какие конкретно природные процессы протекали на Земле в ту эпоху, мы не ведаем в полной степени, и именно по этой причине данный отрезок времени на эры не разделяется.
А вот архей уже характеризуется тремя эрами: ранний архей, средний архей, поздний архей. В данные временные интервалы образовались гидросферная оболочка и земное ядро, появились на свет первые простейшие организмы.
Протерозой заключает в себе две эры: ранний протерозой, поздний протерозой, или рифей (RF). В протерозое атмосферная оболочка усиленно формировалась, насыщалась кислородом, а на суше развивались орогенные пояса и микроорганизмы.
Фанерозой разделяется на три эры: палеозойская (PZ), мезозойская (MZ), кайнозойская (KZ). Данные эры установили зарождение и дальнейшее развитие растений и животных. В конце кайнозойской эры появился человек.
Все эры содержат в себе определенные периоды. В палеозое – шесть периодов: кембрийский (E), ордовикский (O), силурийский (S), девонский (D), каменноугольный (C), пермский (P).
В мезозое насчитывается три периода: триасовый (T), юрский (J), меловой (K). В кайнозое – тоже три периода: палеогеновый (Pg), неогеновый (N), четвертичный, или антропогеновый (Q). В науке четвертичный период считается временем появления человека и развития человеческого общества. Оттого этот геологический этап именуется еще антропогеновым.
Периоды кайнозойской эры включают в себя эпохи. В палеогене – три эпохи: палеоцен (P1), эоцен (P2), олигоцен (P3). В неогене – две эпохи: миоцен (N1), плиоцен (N2). В антропогене – так же две эпохи: плейстоцен (Q1), голоцен (Q2).
Итак, современный человек существует в эпоху голоцена.
Представленная выше геохронологическая система располагает и иной вариацией. В альтернативном плане геологическая история нашей планеты разделяется на три эона: дорифей, рифей, фанерозой.
В дорифей включается архейская эра и ранний протерозой. Архейская эра не содержат в себе каких-либо периодов, а протерозойская эра в этом варианте членения составлена следующими периодами: нижний и средний (т. е. ранний) протерозой; нижний рифей, средний рифей, верхний рифей, завершающий рифей (венд).
Таким образом, в рифейский эон включены четыре крайних периода протерозойской эры – от нижнего рифея до венда включительно.
Эон фанерозой включает в себя три эры: палеозойская, мезозойская, кайнозойская. Периоды данных эр называются так же, как и в иной схеме, которая была описана ранее; и порядок периодов – от кембрийского до антропогенового – абсолютно сходится.
В отдельных случаях представление об «эоне», образно выражаясь, сводится к нулю. В соответствии с таким подходом можно говорить об архейской эре, протерозойской, палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Такой взгляд считается упрощенным (в положительном смысле слова), и он успешно применяется для первичного освоения геохронологических отрезков эволюции нашей планеты.
Антропогеновый этап, во время которого на природные системы стал оказывать влияние человеческий фактор, возник сравнительно недавно. За этот в целом не очень крупный временной отрезок социум пока еще смог достигнуть такого положения вещей, когда деятельность человека в состоянии сильно и негативно повлиять на мощнейшие факторы природы – на осевое и орбитальное вращение Земли, климатический режим, внутриземные процессы и др.
Само собой, навлекает на себя много нареканий и естественных опасений ядерные и климатические виды оружия, применение которых может породить каскад катастрофических последствий и дальнейшее развитие апокалиптического сценария с последующей постапокалиптической эрой.
Антропогеновый этап, по существу, вписывается в биогенный этап развития Земли. Однако своеобразие данного геологического интервала до того неповторимо, что не предоставить ему исключительное положение было бы неправильно.
Эры, периоды и складчатости. Классическая схема
ЭРА (продолжительность)
Архейская, AR (более 1000 млн. лет)
Протерозойская, PR (2000 млн. лет)
Палеозойская, PZ (330 млн. лет)
Периоды палеозоя:
завершение байкальской складчатости (конец протерозоя – начало кембрия)
Кембрийский, E
Ордовикский, O
Силурийский, S
Девонский, D
завершение каледонской складчатости (середина кембрия – середина девона)
Каменноугольный (карбон), С
Пермский, P
Мезозойская, MZ (165 млн. лет)
Периоды мезозоя:
завершение герцинской складчатости (конец девона – начало триаса)
Триасовый, Т
Юрский, J
Меловой, K
Кайнозойская, KZ (65 млн. лет)
Периоды кайнозоя:
завершение мезозойской складчатости (юра – ранний кайнозой)
Палеогеновый, P
Неогеновый, N
Четвертичный, Q
Поверхность Земли
СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ «ПОВЕРХНОСТЬ»
Начать следует с того, что любой небесный объект может состоять из веществ, находящихся в трех агрегатных состояниях, которые всем хорошо известны еще со школьной скамьи, – в твердом, жидком и газообразном. В природе наблюдается еще четвертое состояние – плазменное – но оно в таком понятии, как «поверхность», никакого участия не принимает.
Продолжая мысль об агрегатных качествах, следует отметить, что в Космосе и, в частности, в Солнечной системе, вещество планет в плане агрегатного состояния не находится в какой-то перемешанной, хаотичной форме. Всегда есть четкие агрегатные границы между взаимно контрастирующими вещественными средами, из которых состоят планеты и их спутники. Вещества, сходные по своей фазе, всегда собираются в «одном месте» и образуют оболочку – твердотельную, жидкую и газовую (т. е. в процессе развития космического объекта происходит дифференциация его вещества: все легкие элементы стараются отдалиться от центра – поднимаются вверх; а тяжелые стремятся занять центральное положение – опускаются вниз).
Именно такие агрегатные рубежи (между оболочками), или зоны контакта оболочек, и называются поверхностью космического объекта.
В связи с тем, что вещество может находиться в трех агрегатных фазах, выделяют следующие зоны контакта контрастирующих сфер: твердое-газообразное, жидкое-газообразное, твердое-жидкое. Следовательно, мы различаем три типа поверхности:
твердая сухопутная (зона контакта твердой минеральной основы с той или иной газовой оболочкой);
жидкая поверхность (зона контакта жидкой оболочки с газовой);
донная поверхность (зона взаимодействия твердой минеральной донной основы с жидкой средой).
На Земле представлены все три варианта, причем в самом что ни на есть полноценном виде: поверхность суши, поверхность Мирового океана и вод суши, дно водоемов. Но есть планеты, где вообще нет никаких жидкостей или твердых минералов.
Также в космическом пространстве есть образования, у которых твердая поверхность контактирует непосредственно с межпланетным пространством – это в основном астероиды, т. е. космические объекты, не имеющие никакой атмосферы. Такие поверхности имеют, конечно, особый статус.
В данном вопросе многое зависит от сочетания температуры и давления. На Земле, например, вода – жидкая, а горные породы – твердые. Но где-то в глубинах Космоса физико-механическая обстановка сильно отличается от земной. Теоретически возможны даже варианты лавовых океанов (океан из расплавленных минеральных пород) – при очень высоких температурах и определенном давлении, и паровых атмосфер (газовая оболочка состоит целиком из пара, может быть водяного, с незначительными примесями других газов).
И наоборот, жидкости, характерные для Земли, при очень низких температурах на других планетах могут сформировать твердые поверхности, возможно, из водяного льда (а мы знаем, что лед может образовываться не только из воды, но и из других жидкостей).
Надо сказать, что такой вид поверхности – ледяной – представлен в настоящее время и на Земле, в зонах распространения сухопутных ледников и ледяных покровов на водоемах и водотоках (морской лед, озерный, речной).
Это еще один тип твердой поверхности, который обладает особенным положением. При этом зона контакта льда и твердой минеральной базы, а также льда и жидкости, которую этот лед сковывает, не принимается во внимание. Отсюда проистекает еще один любопытный нюанс – поверхность любого астрономического объекта всегда обращена наружу, т. е. «лицом» к космическому пространству. Вовнутрь она обращена быть не может, даже по всем законам логики. Именно поэтому и нельзя включить в понятие «поверхность» зону контакта, например, жидкости и льда, который покрывает эту жидкость. Равно как и другие зоны агрегатного контакта, которые есть внутри Земли.
Существуют такие понятия, как «дневная поверхность» и «ночная поверхность». Их различие напрямую связано с тем, может ли солнечный свет охватить своим влиянием поверхность или нет. Здесь учитывается именно свет, тогда как тепло от солнца имеет способность проникать в грунт на значительную глубину.
Так дневная поверхность – та, которая всегда открыта, доступна солнечному свету. А ночная – к которой не могут напрямую и естественным путем проникнуть лучи солнца. Это всевозможные пещеры и различные пустоты внутри Земли, куда можно попасть теми или иными способами на современном этапе развития науки и техники. Полностью недоступные (очень глубоко расположенные, к примеру) для человека полости в литосфере к поверхностям, по сути, и вовсе не причисляются. Это внутреннее содержание Земли. Поэтому формулировка «ночная поверхность» к ним не вполне применима. Недосягаемые донные глубины океанов тоже относятся к этой категории.
Вот еще одна основополагающая суть земной поверхности – доступность для человека.
По данному поводу еще хотелось бы сказать вот что. Когда мы рассуждаем о земной поверхности, то представляем себе какие-то более или менее идеальные поля и луга, спокойные водные глади. А иногда даже и горные склоны. Но подобная постановка вопроса – не совсем правильное действие с научной точки зрения. Точнее, это всего лишь мизерная часть того, о чем мы говорим. Земной поверхностью является абсолютно всё, что непосредственно контактирует с атмосферой и солнцем: и листья дерева, и трава, и внешние стены зданий, сооружений, автомобилей, и асфальт, и поверхность нашей кожи, волос – в общем, набор всего того, что напрямую соприкасается с воздухом атмосферы и, так или иначе, с солнечной радиацией.
То же самое касается и дна водоемов, только в них роль атмосферы играет гидросфера.
Отсюда мы видим, что наиболее полноценным видом поверхности является именно дневная. А еще можно заметить, что земная поверхность – это структура, которая включает в себя не только природные объекты, но и антропогенные, и тем более – природно-антропогенные.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Изучением поверхности (и ее типов) планеты Земля занимается наука география. Земная поверхность, конечно, – не самостоятельное природное образование, и поэтому география затрагивает вопросы, которые не только косвенно, но и прямо относятся к смежным наукам, занимающимся изучением Земли. Это само собой разумеющееся: любая современная наука не может быть полностью изолирована от каких-то других наук, тем более сопредельных.
Да и само понятие «земная поверхность» в географии и в частности в физической географии не подразумевает под собой исключительно двухмерное представление о пространстве. Как всегда должно быть и третье измерение. Следовательно, мы говорим о поверхности Земли, как об образовании, имеющем и какую-то глубину (в грунте), и определенную высоту (в воздухе). Иными словами – вертикальные пределы.
С горизонтальными пределами никаких проблем не существует: они безграничны, поскольку Земля имеет шарообразную форму. По вертикали же гораздо труднее отсчитывать те последние точные высоты и глубины, на которых полностью заканчивается понятие «земная поверхность». Слишком много различных шероховатостей содержит в себе такое действие.
Первое, что хотелось бы озвучить: не следует, что называется, чересчур усердствовать в данном вопросе. Если область физической географии – это непосредственно ландшафты, то и поверхность, стало быть, не может включать в себя, например, всю стратисферу (осадочный слой) и всю тропосферу. И уж тем более – нижние и высокие земные оболочки (гранитный и базальтовый слои; стратосфера, мезосфера и др.).
Ландшафтом называется природный комплекс, характеризующийся в первую очередь оконченными стадиями развития биоматерии – растениями и животными. С этой точки зрения, на Марсе и других твердотельных планетах ландшафтов условно нет, но есть природные комплексы, которые могут быть в той или иной мере достаточно сформированы по другим показателям. И даже на Земле, где, казалось бы, вообще не должно быть никаких белых пятен в ландшафтном плане, и то существуют места, обделенные высокоразвитой органикой. Это в основном внутренние районы Антарктиды, Гренландии, а также некоторые части субтропических и тропических пустынь.
Хотя не все ученые придерживаются подобного воззрения на соотношение таких понятий, как «ландшафт» и «природный комплекс».
Поэтому мы определяем вертикальные рубежи земной поверхности так: в земной коре – это наибольшая глубина проникновения активных развитых форм жизни (в разных географических и высотных поясах она разная), в частности, корней деревьев. То же самое относится и к тропосфере: к примеру, если брать среднюю высоту полета птиц, то такое положение будет вполне соответствовать тому представлению о ландшафте, которое было озвучено выше. Отдельные виды птиц могут подниматься очень высоко над землей (выше 11 км), и даже сталкиваться с самолетами (как гриф Рюппеля), но это единичные эпизоды. К тому же полет птиц и, например, гнездование – это разные понятия. Птицы не могут постоянно находиться в воздухе, их жизнедеятельность главным образом сконцентрирована вокруг каких-то объектов, природных или антропогенных, где можно найти пропитание, воду, свить гнездо, вывести птенцов. И всё это осуществляется ими обычно на высоте не более нескольких десятков метров над уровнем твердой и жидкой поверхности.
Существует, однако, и другое представление о поверхности Земли – тоже с ландшафтной точки зрения. Мы знаем, что под почвой всегда обнаруживается первичный слой горной породы, на котором и из которого, собственно говоря, почва и формируется. Называется такой слой почвообразующим. Под ним всегда залегает геологический слой, который подстилает почвообразующий пласт. Именно этот пласт – подстилающий – целиком и полностью и является начальной точкой отсчета земной поверхности. То есть отсчет вертикальной границы ландшафта начинают от подошвы подстилающей породы. В крайнем случае, за нижний предел принимают максимальную глубину проникновения корней деревьев в грунт – там, где растут деревья. Где их нет, находятся какие-то другие ландшафтные критерии и соответственно глубины, а также высоты. В большинстве случаев корни дерева, в зависимости от вида и возраста, могут осваивать поверхностные и приповерхностные геологические слои. Это несколько метров. Например, дуб с многовековой историей способен пускать корни на глубину более 20 метров.
