Физическая география

В стратосфере понижение температуры уже происходит в очень умеренном режиме, а иногда вообще не наблюдается. В верхней части данного слоя температура среды начинает постепенно повышаться, и в самом верху приближается к нулю. Выше лежит стратопауза – промежуточный слой между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера распространяется в сторону космического пространства, начиная от высоты 50 километров от поверхности Земли, и достигает высоты 95 километров. Температура в этом слое понижается (0,3° С на каждые 100 метров). Мезосфера ограничивается мезопаузой, после которой начинается термосфера, слой, внутри которого температура опять постепенно повышается по вертикали – из-за поглощения кислородом ультрафиолетовых лучей.

Выше термосферы находится экзосфера – внешняя оболочка, которую, по сути, можно отнести уже к межпланетному пространству с фрагментами атмосферы.

По трансформации газового состава атмосфера Земли делится всего на два слоя: гомосферу и гетеросферу.

Гомосфера протягивается по вертикали до высотной отметки 100 км от земной поверхности, и ее газовый состав почти не изменяется.

Выше 100 километров – т. е. в гетеросфере – на газы влияет излучение Солнца и Космоса, разлагающее молекулы газов на атомы. Таким образом, в этом слое газовый состав атмосферы испытывает кардинальное преобразование. Во время распада молекул возникают ионы, создающие вместе с нейтральными молекулами ионизированную плазму. Всё пространство земной атмосферы, содержащее эту плазму, именуется ионосферой. Верхний предел ионосферы достигает высоты 500 км от поверхности Земли.

На высоте 20—25 км находится «добавочный» слой – озоносфера. Он насыщен озоном, не пропускающим к земной поверхности пагубную для всех растений и животных, а также человека, часть излучения, идущего от Солнца. В наши дни фиксируется уменьшение мощности озоновой прослойки – по причине усиленных производственных выбросов токсических веществ в воздушную среду. Если истощение озонового экрана продолжится, то это откроет доступ к земной поверхности ультрафиолету с длиной волн менее 0,29 мкм. Такая ситуация в конечном счете приведет к уничтожению биосферы.

Подчиненные сферы

Помимо всех перечисленных выше геосфер (литосфера, гидросфера, атмосфера), на Земле существуют еще подчиненные оболочки: педосфера (почвосфера), биосфера и образование, вызывающее наибольшее количество споров в научном мире, – географическая оболочка.

Географическая оболочка

Начальные сведения. Географическая оболочка (эпигеосфера) – наиболее масштабное образование на планете Земля. Ее вертикальные границы определяются глубиной максимального взаимного проникновения всех геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы).

Другой подход к определению вертикальных рубежей эпигеосферы заключается в сопоставлении границ этой оболочки с границами биосферы, поскольку живое вещество считается как раз тем пространственным критерием, по которому в ландшафтоведении определяют пределы ландшафтов любого уровня (ранга).

Ландшафтом в физической географии, по мнению многих, является земное пространство, в пределах которого может существовать и существует жизнь – поскольку развитие любой территории на земной поверхности направлено на создание и поддержание именно жизни. Все связи между компонентами природы, устанавливаемые в процессе развития, сосредоточены именно на этом – чтобы создать приемлемую и комфортную среду для живых организмов. Другое дело, что не каждому участку это удается – в связи с неблагоприятными внешними обстоятельствами, в основном с губительными для всего живого климатическими условиями (вспомним тропические пустыни в Африке и Азии, а также ледяные панцири Антарктиды и Гренландии).

Живые организмы, конечно, не просто существуют, базируясь на неживых компонентах окружающей среды. Со временем они, объединяясь, сами начинают создавать свои системы, что способствует дальнейшему развитию природы и полному завершению всех ландшафтообразующих циклов, направленных на то, чтобы, как мы уже отметили, организовать наиболее подходящие условия для жизни и дальнейшего полноценного развития высокоразвитых форм биоматерии.

Поэтому можно сказать, что вертикальные пределы географической оболочки совпадают с вертикальными границами биосферы – области распространения жизни. Но с другой стороны, мы не можем говорить о том, что более глубокие связи между геосферами Земли, за пределами непосредственно биосферы, не важны. Всякое взаимодействие земных оболочек направлено, в конечном счете, на пользу биосфере.

Таким образом, границы эпигеосферы – это чрезвычайно сложное понятие, с которым сопряжены многочисленные дискуссии. Порой, под сомнение ставится даже само наличие географической оболочки как таковой (по крайней мере, в том виде, в каком она представлена в научных трудах), поскольку, как считают некоторые исследователи, вся Земля представляет собой взаимосвязанную систему: в гипотетическом ракурсе охлаждение земного ядра до критических значений, например, привело бы к глобальной катастрофе и уничтожению всякой активности на нашей планете. Так же и сдвиг земной оси спровоцировал бы те или иные непоправимые экологические последствия.

И это правда. Вся планета Земля представляет собой одно целое – от центра ядра до верхнего предела атмосферы…

Рано или поздно подобные рассуждения натолкнут нас на мысль о том, что состояние всей Солнечной системы отражается на состоянии любой травинки, растущей на лугу. И на этом следовало бы остановиться, но человеческий ум устроен таким образом, что ему надо во всём дойти до самой сути. Поэтому в самом последнем конце всех предварительных выводов о взаимосвязях в природе мы неминуемо придем к закономерной мысли, что весь Космос – это единый организм, и состояние других Галактик Вселенной имеет не менее важное значение для географической оболочки, чем, к примеру, активность Солнца или земного ядра (внутреннего «солнца»).

Однако на сегодняшний день в сферу физико-географических интересов мирового научного сообщества входит только земное пространство.

Первое, что хотелось бы отметить, географическая оболочка, хоть мы ее и называем эпигеосферой, не является наружной оболочкой Земли. Конечно, если не брать в расчет верхние слои атмосферы, то в таком случае всё становится на свои места, и данный вопрос отпадает сам по себе. Но мы этого сделать не можем, поскольку без верхних слоев не было бы ничего, в том числе и самой географической оболочки – в том варианте, в каком она существует сейчас.

Именно по этой причине наружной оболочкой Земли считается атмосфера. А эпигеосфера – это земное пространство, в пределах которого осуществляется взаимодействие (соприкосновение) и взаимопроникновение всех оболочек (геосфер), перечисленных в начале данной темы. Такой контакт возможен благодаря солнечной энергии, которая и запускает весь этот глобальный геосистемный механизм. Менее важным, но чрезвычайно существенным генератором и поставщиком энергии (в том числе тепловой) в географическую оболочку является также внутриземное вещество вместе с протекающими в нем эндогенными процессами.

Внешние границы эпигеосферы. В свете всего вышесказанного можно сделать первый вывод, который гласит, что эпигеосфера не обладает резкими, четкими внешними границами. Свою динамику она наращивает и оканчивает постепенно. Плавно начиная свое становление от глубинных земных недр, геооболочка достигает динамического апогея в своей центральной части – в ландшафтной сфере (о которой будет сказано позднее). После чего динамика данной оболочки так же плавно угасает в слоях атмосферы, лежащих выше верхней границы тропосферы.

Тем не менее, для упрощения понятий, связанных с вертикальными пределами географической оболочки, учеными были обозначены некие условные границы. Одни исследователи нижнюю границу опускают на глубину подошвы астеносферы – 200—300 км по вертикали от поверхности Земли. Это, конечно, очень глубоко. Выходит, что нижний блок географической оболочки охватывает всю литосферу (земная кора и верхняя твердая часть мантии) и даже астеносферу (пластичный слой в верхней мантии), по которой и скользят литосферные плиты.

Движение литосферных плит и связанное с ним изменение лика Земли – это первый аргумент в пользу такой границы в толще Земли. Второй довод заключается в том, что астеносфера предположительно является поставщиком (источником) магматического и вулканического материала в приповерхностные слои и на земную поверхность. Хотя по поводу зарождения явлений магматизма и вулканизма имеются и другие версии.

Помимо этого, нижнюю границу эпигеосферы проводят по подошве самой литосферы, а также: земной коры, осадочного слоя и коры выветривания.

Итак, мы видим, что существует пять версий нижнего предела географической оболочки:

1 – подошва астеносферы;

2 – подошва литосферы;

3 – подошва земной коры;

4 – подошва осадочного слоя (стратисферы);

5 – подошва современной коры выветривания.

Намного менее спорна верхняя граница географической оболочки, которую почти все исследователи принимают за наружный предел тропосферы. Но также существуют версии, что в геооболочку входит еще и стратосфера, лежащая над тропосферой и простирающаяся, как мы говорили, на высоту до 55 км от поверхности Земли.

Единственная оболочка, наряду с биосферой (подчиненной геосферой), которая ни у кого никогда не вызывала существенных споров по поводу границ географической оболочки – это гидросфера. Она включается целиком в структуру эпигеосферы, поскольку жизнь (главный критерий, как мы помним) пронизывает всё водное пространство Земли, включая даже условно «недосягаемые» для человека глубины – ультраабиссальные части океанического дна.

В начале этого разговора мы сказали о том, что целесообразнее проводить внешние границы географической оболочки по пределам биосферы. В литосферу некоторое бактерии могут проникать на глубину 5 км, да и то не везде. Но всё же такой факт зафиксирован. Это максимальный нижний предел биосферы. Верхний предел – граница между тропосферой и стратосферой. Воздушное пространство, расположенное ниже этого пограничного слоя (то есть вся тропосфера), является активным носителем и перераспределителем элементов жизни – и не только бактерий, но и пыльцы растений, спор и других частиц.

Про гидросферу здесь уже и говорить не приходится, поскольку, как мы сказали выше, данная оболочка сплошь пронизана биоматерией.

Принимая во внимание все точки зрения и ни в коем случае не отбрасывая какие-то из них (потому что в любом научном умозаключении лежат логические выводы), мы устанавливаем приемлемые для нас внешние пределы географической оболочки на основании границ биосферы, являющейся земным пространством, внутри которого может существовать и существует наиболее активная и развитая форма существования материи – жизнь.

Итак, толщина географической оболочки в среднем – 12—15 км.

Горизонтальная дифференциация эпигеосферы. Всё, что было рассмотрено выше, относится к вертикальному строению географической оболочки. Но она, как и любое другое природное образование, обладает и горизонтальной дифференциацией, т. е. состоит из природных комплексов различного ранга – от материков и океанов до внутриландшафтных фаций. Рассмотрим вкратце ландшафтную структуру геооболочки.

Сама эпигеосфера в физической географии определяется как геосистема наивысшего ранга, причем единственная в своем роде – и не только на самой Земле, но и во всём исследованном Космосе. В будущем, если будут обнаружены планеты, в точности копирующие нашу планету, уникальный статус с геооболочки снимут и общее представление о подобных образованиях в целом расширится.

Эпигеосфера делится на первичные (первостепенные) природные комплексы – материки и океаны, являющиеся в географии основой основ, во всех отношениях. Эти образования существуют, благодаря внутреннему геологическому развитию Земли и, в частности, гравитационной дифференциации ее вещества.

Материки и океаны – генеральная арена развития природных комплексов и жизни на Земле. Поэтому любое географическое мировоззрение основано на первичном разделении всей поверхности Земли именно на материки и океаны.

Между этими геосистемами происходит перманентный обмен веществом и энергией. Взять хотя бы тот факт, что Мировой океан непрерывно собирает с материков воду посредством речного стока, и постоянно возвращает ее обратно в виде атмосферных осадков – так осуществляется мировой влагооборот. Мировой океан – это мощнейший естественный резервуар, содержащий в себе всю воду Земли, и даже та вода, которая проходит через геосистемы суши, так же изначально принадлежит океанам.

Дальнейшее членение материков и океанов на подчиненные геосистемы (в большей степени это касается материков) базируется на принципе двух рядов – зональном и азональном. Хотя разделяя всё географическое пространство на материковые выступы и океанические впадины, мы уже осуществляем физико-географическое районирование, причем начиная с азональных факторов.

Материки по зональным признакам (климат и соответственно почвенно-растительный покров) делятся на ландшафтные пояса. Каждый такой пояс состоит из ландшафтных секторов, которые в свою очередь содержат в себе ландшафтные зоны и ландшафтные подзоны внутри зон.

По азональным признакам (по принадлежности к морфоструктурам различного порядка) материки делятся на ландшафтные страны, которые далее возможно разделить на ландшафтные области.

В физической географии существует также принцип совмещения зонального и азонального рядов, в результате чего в общей схеме образуется провинциальный ряд, содержащий регионы, образующиеся от пересечения зон и стран, – ландшафтные провинции, которые в большей степени отражают реальное состояние природы земной поверхности, нежели однобокие регионы, рассмотренные выше (зоны и страны).

Помимо этого, провинциальный ряд дает нам возможность в конечном итоге, постепенно сужая площадь районирования, прийти к неделимым по зональным и азональным признакам единицам дифференциации суши – ландшафтам, дальнейшее деление которых отражает уже локальные особенности развития любой территории.

Повторимся: подойти к пониманию и выявлению ландшафтов нельзя, используя только лишь односторонние ряды – зональный и азональный. И в этом заключается очень большой плюс провинциального ряда. Природа – это единое целое, и рассматривать ее с какой-то одной позиции можно (для теоретических умозаключений) и нужно, но практичности в таких действиях немного.

Как мы видим, географическая оболочка обладает многоплановым мозаичным строением.

Чем выше ранг геосистемы, тем она мощнее в вертикальном плане. Например, в материк входит вся осадочная оболочка и почти вся тропосфера. А вот уже в ландшафт умещается исключительно зона гипергенеза и приземный слой тропосферы толщиной в несколько десятков метров. Фация в свою очередь содержит в себе только почву вместе с почвообразующей и подстилающей породами, и слой воздуха, распространяющийся всего лишь на среднюю высоту деревьев конкретной местности, если они там есть.

Нужно отметить, что вертикальная структура эпигеосферы организована намного проще, чем горизонтальная. Вертикальная организация – различные земные слои с четкими взаимными разделами (внутренние границы в эпигеосфере) и простыми, хоть и постепенными внешними рубежами. И это несмотря на то, что внутри географической оболочки содержится еще одна структурная сфера – ландшафтная, являющаяся наиболее активным уровнем (по всем параметрам) в рассматриваемом глобальном образовании.

Ландшафтная сфера (оболочка). Ландшафтная оболочка распространяется внутри Земли на всю зону гипергенеза – самый верхний геологический слой земной коры, минералы и горные породы которого постоянно преобразуются под воздействием всех экзогенных факторов, т. е. под влиянием атмосферы, гидросферы и биосферы. Данная зона простирается на глубину до 800 метров от поверхности почвы и делится на два яруса – верхний (почвенный слой) и нижний (кора выветривания).

Верхняя часть ландшафтной оболочки – воздушный слой, который по вертикали имеет мощность до 50 метров, над уровнем поверхности почвы. Таким образом, наружный (воздушный) ярус данной оболочки охватывает самую нижнюю часть тропосферы – фактически приземный слой, пронизанный внешними частями растений, особенно деревьев, а также летающими насекомыми и птицами.

Ландшафтная оболочка – это область контакта сразу трех неорганических сфер. Отсюда и такое разнообразие жизни – почти вся биоматерия сконцентрирована именно здесь (99%).

Понятие ландшафтной оболочки распространяется и на воду Мирового океана, где данная сфера имеет приблизительно такую же мощность, что и на суше. В водной толще – это зона, обладающая глубиной до нескольких сотен метров (как в открытом океане или море, так и у побережий материков), а над водой – это приокеанический слой тропосферы высотой до 50 метров, максимум.

Это всё касается именно поверхностноводной среды, но у океанов, как и любых других водоемов, имеется еще и дно, как мы знаем. Поэтому существует одна сложность, связанная с тем, считать ли дно океана продолжением наземной ландшафтной сферы или нет. Скорее всего, абиссальные и ультраабиссальные участки дна Мирового океана находятся в протоландшафтной фазе существования, то есть относятся к неактивной ландшафтной плёнке.

Но одно можно сказать точно: шельфовые ландшафты в максимально полной мере можно причислить к ландшафтной оболочке (сфере). Это тоже очень активная часть эпигеосферы, где энергично взаимодействуют друг с другом все неорганические оболочки и биосферные компоненты природы.

Шельфовые ландшафты – это вообще очень интересные части ландшафтной оболочки, в которых все абиотические геосферы контактируют в своих самых полноценных вариантах. Например, если суша является контактным полем, существующим на стыке преимущественно воздуха и земной коры, а гидросфера на суше проявляет себя только в виде осадков (в основном дождей) и почвенно-грунтовых вод, которые почти всегда скрыты от наших глаз, то шельфовый ландшафт обладает гидросферным компонентом в полном объеме (водная масса) и в самом ярком его проявлении (причастность к океаносфере).

Схожую с шельфовыми ландшафтами структуру имеют водные объекты, расположенные на суше: то же самое строение, практически одинаковая мощность и такой же полноценный контакт всех неорганических сфер. Единственное отличие заключается в том, что воды озёр и рек не принадлежат океаносфере напрямую.

В вертикальном направлении – вниз и вверх от ландшафтной сферы Земли – структура самой географической оболочки постепенно становится проще, впоследствии упрощаясь до предела и так же постепенно переходя во внутриземное вещество и в воздушную среду, расположенную над тропосферой.

Закономерности эпигеосферы. Географическая оболочка, как и все принадлежащие ей геосистемы различного ранга, характеризуется комплексом закономерностей, среди которых выделяют ритмичность развития, целостность и зональность – горизонтальную и вертикальную.

Выделяют суточные и годовые ритмы. Суточная динамика изменений в географической оболочке связана с вращением Земли вокруг своей оси и с шарообразной формой нашей планеты. Такие трансформации носят волнообразно-пульсирующий характер: когда на одной стороне планеты ночь, на другой стороне – день, а в приграничных районах – утро и вечер, и все элементы этого ансамбля времен суток плавно сменяют друг друга из года в год.

Суточная ритмика устанавливает попеременное изменение всех метеорологических параметров тропосферы (температуры, влажности и давления воздуха), движения ветровых потоков, жизни растений и животных;  с ней связано явление приливов и отливов в Мировом океане.

Годовая динамика физико-географических процессов в географической оболочке связана с обращением Земли по своей орбите вокруг Солнца и с наклоном ее оси относительно плоскости земной орбиты. Особенно ярко смена сезонов года проявляет себя в умеренных и субтропических широтах. Природа этих регионов за много тысячелетий приспособилась к таким колебаниям и выработала определенные механизмы защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды. По этой причине такие динамические скачки не приводят к разрушению природных связей и уничтожению ландшафтной сферы.

Но суточные и годовые изменения всё же не проходят бесследно. День за днем и год за годом смена суток и сезонов расширяют потенциал эпигеосферы. Это способствует развитию данной оболочки. Таким образом, ритмика (суточная и годовая) – главный двигатель эволюции географической оболочки.

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.