Понятие о географической оболочке
Выдающийся русский естествоиспытатель В.В.Докучаев, открывший закон географической зональности, отмечал, что в природе отдельные компоненты не просто взаимодействуют между собой, а взаимодействуют между собой «с любовью». Этим метким словом В. В. Докучаев хотел подчеркнуть, что любой природный комплекс, будь то природный комплекс небольшого района или географической зоны материка, слагается из гармоничного взаимодействия шести природных компонентов. Земная кора литосферы, воздух атмосферы, вода гидросферы, растительный и животный мир биосферы, а также почва постоянно обмениваются между собой веществом и энергией.
Обмен веществом происходит постоянно, и примеров таких можно привести множество: — вода растворяет минералы и горные породы;
— вода гидросферы является частью живых организмов биосферы;
— вода в виде пара постоянно присутствует в нижнем слое атмосферы Земли;
— минералы и горные породы литосферы всегда находятся в живых организмах, в атмосфере (пыль, песок), в воде;
— углекислый газ воздуха растворяется в воде;
— организмы биосферы усваивают углекислый газ;
— накапливаясь на дне океанов, останки организмов биосферы образуют толщи осадочных пород литосферы;
— кислород в атмосфере и гидросфере является главным источником жизни организмов биосферы.
Так в природе существует постоянное взаимопроникновение и взаимодействие веществ разных природных компонентов.
Все процессы на Земле происходят благодаря энергии Солнца и внутренней энергии Земли. Обратите внимание: в каждом из рассмотренных нами примеров обмен веществом предполагает и обмен энергией. Энергия растений биосферы, потребляемая животными, создает энергию животного мира. Вечные льды гидросферы охлаждают атмосферу и гидросферу. Благодаря этим процессам в природном комплексе сохраняется определенное равновесие между всеми природными компонентами. Благодаря этим процессам природа имеет удивительную способность к самовосстановлению, самоочищению, саморегуляции. Если в природном комплексе меняется один какой-нибудь компонент, то все другие меняются тоже, при этом стараясь восстановить свое природное равновесие. Одни природные комплексы восстанавливаются быстрее, другие — медленнее. Стремление к самовосстановлению — великое свойство природы. Каждый природный комплекс, независимо от его размеров, представляет собой единое целое.географическая оболочка, как вы уже знаете, это целостная и непрерывная оболочка Земли, среда деятельности человека, в пределах которой соприкасаются, взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, поверхностные толщи литосферы, вся гидросфера и биосфера. Таким образом, географическая оболочка — это планетарный, охватывающий всю поверхность Земли природный комплекс. Она подразделяется на природные комплексы более низких рангов. Поверхность Земного шара делится на материки и океаны, и с этим связаны самые заметные различия в природных условиях. Разные сочетания тепла и влаги в прибрежных и внутренних частях материков являются причиной образования природных зон, которые в свою очередь можно подразделить на подзоны и другие, более мелкие природные комплексы, например ландшафты. Ландшафт (от нем. Land — земля и schaft — взаимосвязанный) — относительно однородный участок географической оболочки, отличающийся закономерным сочетанием ее компонентов, особенностями сочетания и связей более низких территориальных единиц. Многими учеными ландшафт рассматривается в качестве основной единицы в иерархии природно-территориальных комплексов. Особенности различных ландшафтов формируются под воздействием как зональных, так и азональных факторов. К зональным относят климат, воду, почвы, растительность и животный мир; к азональным — рельеф, геологическое строение, горные породы. Например, карстовые ландшафты, сфагновые болота в тайге и т.д.
Географическая среда возникла в результате длительной эволюции географической оболочки под влиянием антропогенного воздействия, создания так называемой «вторичной природы», т. е. городов, заводов, каналов, транспортных магистралей и др.
Географической средой называется та часть природы Земли, с которой человеческое общество непосредственно взаимодействует в своей жизни и производственной деятельности на данном этапе исторического развития.
Географическая среда — необходимое условие жизни и деятельности общества. Она служит средой его обитания, важнейшим источником ресурсов, оказывает большое влияние на духовный мир людей, на их здоровье и настроение.
В последнее время наряду с понятием о географической среде в научный обиход вошло также понятие об окружающей среде.
Под окружающей средой понимают всю среду обитания и производственной деятельности общества, весь окружающий человека материальный мир, включая как естественную (природную), так и искусственную (техногенную) среду. В тех же случаях, когда имеется в виду только ее природная составляющая, правильнее говорить об окружающей природной среде.
Природное окружение всегда было источником существования человека. Однако взаимодействие человека и природы менялось в разные исторические эпохи.
2 млн лет назад первобытные люди находили в природном окружении все необходимое для жизни. Это были охотники и собиратели плодов. Их деятельность называлась собирательством. Люди охотились на животных и птиц, ловили рыбу в реках и озерах, выкапывали корни луковиц и растений, собирали ягоды, личинки насекомых, опустошали птичьи гнезда, забирали мед у пчел, вылавливали моллюсков и ракообразных на морском побережье. В поисках пищи собиратели кочевали с места на место. Именно поэтому они строили легкие хижины из веток и жердей. Индейские племена Северной и Южной Америки, бушмены Африки, аборигены Австралии до сих пор живут собирательством.
Появление и развитие земледелия 7 тыс. лет назад положило начало массовой вырубке лесов на Земле. По оценкам ученых, к моменту появления человека на Земле леса занимали 60 % ее поверхности, а сейчас — только 30 %. В настоящее время не тронутые человеком леса сохранились в тайге России, Канады, а также в тропических лесах Амазонии. В наибольшей степени леса сведены в Евразии и Северной Америке. По мере расширения пахотных земель и пастбищ быстрыми темпами вырубаются тропические леса Африки, Юго-Восточной Азии, Амазонии. Древесина повсеместно используется в качестве дешевого топлива.
Пастбищные земли наиболее сильно подвержены опустыниванию. Этот процесс характерен для всех материков Земли. По оценкам специалистов, человек радикально изменил и освоил 56 % территории суши, причем это наиболее благоприятные для жизни районы. Природу некоторых географических зон Земли можно наблюдать только в заповедниках.
Итак, в процессе хозяйственной деятельности человека его природное окружение стремится к самовосстановлению. Если это ему удается, то можно говорить о наличии природно-антропогенного равновесия в процессе взаимодействия человека и природы. Если природное окружение «не справляется» с результатами деятельности человека и гибнет, такую ситуацию необходимо рассматривать как экологический кризис (от греч. ecos — жилище, местообитание, logos — учение), необходимо принимать меры по восстановлению этого равновесия. Контроль за природно-антропогенным равновесием осуществляется природоохранными службами.
В условиях, когда рост загрязненности окружающей среды и расхищение природных ресурсов стали препятствием для развития производства, когда началось массовое движение общественности в защиту окружающей среды, большинство экономически развитых и некоторые развивающиеся страны стали проводить государственную экологическую политику, политику природопользования. Были приняты природоохранные законы, разработаны системы штрафов, увеличены расходы на охрану природы, составлены долгосрочные программы, созданы министерства охраны среды или другие аналогичные государственные органы.
Круговорот веществ и энергии в географической оболочке
Поступающая в географическую оболочку энергия испытывает многообразные преобразования. При этом происходит переход одних видов энергии в другие и их перераспределение на поверхности Земли. Неравномерное распределение энергии в оболочке вызывает следующие виды движений вещества. Эти движения отмечаются во всех геосферах, то есть атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере.
1. Движения воздушных масс и водных потоков, которые образуют круговороты воздуха и влаги, то есть атмосферную циркуляцию и круговорот воды;
2. Перенос минерального вещества и литосферные круговороты;
3. Биологические и биохимические круговороты.
Все круговороты не замкнуты. Часть вещества и энергии при движении может изыматься из круговорота. Иногда в круговорот включаются новые вещества и энергия. Пример: оледенение. Не замкнутость круговоротов создает вектор направленного изменения географической оболочки, то есть возникают условия для ее развития. Например, изверженную породу можно расплавить, но мы получим не исходную магму, так как при застывании из магмы вышли газы, а новое вещество.
Масштабы круговоротов неодинаковы. Траектории движений колеблются от десятков метров до нескольких тысяч километров. Пример: круговороты воздуха, биологические круговороты. Скорость движения от нескольких см/год (движение литосферных плит) до скорости света (перенос лучистой энергии).
Можно выделить самостоятельные системы потоков и круговоротов, которые называют циклами.
Главными из них являются:
1. Радиационный цикл;
2. Тепловой атмосферный (воздушный);
3. Гидросферный (водный);
4. Биохимический;
5. Цикл минерального вещества;
6. Литосферный цикл.
Каждый из них частично, или полностью включен в другие циклы. Например, вместе с воздухом и водой переноситься тепло, минеральные частицы, споры, бактерии, фито- и зоопланктон.
Круговорот веществ в географической оболочке происходит под действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли. Солнечная радиация при этом оказывает наиболее существенное влияние на процессы в ней. Составными частями солнечной радиации является электромагнитное и корпускулярное излучение. Электромагнитная энергия Солнца включает в себя видимую и инфракрасную частоты волнового спектра, а также ультрафиолетовое излучение. Меньшая доля солнечной радиации принадлежит рентгеновским лучам. В атмосфере Земли значительная часть ультрафиолетового и инфракрасного излучения поглощается в верхних слоях атмосферы, а также водяными парами и частицами пыли. Рентгеновское излучение при этом, поглощается полностью. Лишь незначительная доля солнечного излучения, то есть менее 1 %, усваивается зелеными растениями в процессе фотосинтеза органических веществ. Большая часть его рассеивается в географической оболочке, создавая ее энергетический баланс. Периодический характер интенсивности солнечного излучения сказывается на ряде явлений в географической оболочке Земли. Так, в 1915 году А. Л. Чижевский обратил внимание на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнами на Солнце. Периодичность этих явлений – 11 лет.
Корпускулярное излучение Солнца выражается в виде, так называемого, солнечного ветра и солнечных космических лучей, связанных с мощными взрывными вспышками. При этом усиливается интенсивность ультрафиолетового и рентгеновского излучений, достигающих Земли через 8 минут. Вспышки на Солнце создают мощную ударную волну и вызывают выбрасывание в пространство облака плазмы. Она распространяется в пространстве со скоростью 100 км/с и за 2 суток достигает Земли, вызывая магнитные бури и возмущения ионосферы. При этом возрастает неустойчивость атмосферы, что приводит к нарушению характера атмосферной циркуляции, то есть развитию циклонов и других метеорологических явлений. Магнитные бури и нарушения атмосферной циркуляции отрицательно сказываются на жизни организмов.
На Землю поступают также космические лучи галактического происхождения – это поток протонов и ядер высоких энергий с большой проникающей способностью. Они пронизывают всю географическую оболочку, плотность космических лучей очень незначительна, однако они в атмосфере производят вторичные радиоактивные изотопы, которые включаются в общий круговорот химических веществ в географической оболочке.
Радиоактивность географической оболочки связана, главным образом, с присутствием долгоживущих радиоактивных изотопов 40К, 235U, 238U, в различных природных телах. Как отмечал В. И. Вернадский, радиоактивный распад некоторых элементов является характерным свойством географической оболочки. Радиоактивность относиться к важнейшим факторам, вызывающим мутацию у различных организмов
Таким образом, радиационная обстановка географической оболочки является важнейшим фактором существования и изменения живого вещества – в настоящее время и прошлые геологические эпохи.
Как уже отмечалось, в энергетических процессах, происходящих в географической оболочке очень важное место принадлежит радиации Солнца. Источником мощного излучения солнечной энергии являются термоядерные реакции в его недрах, то есть процессы превращения водорода в гелий. Однако важную роль в непрерывном движении материи на Земле играет также внутренняя энергия планеты. В.И. Вернадский так писал о земной коре: «Большая часть материи в ней находится в непрерывном движении – миграциях и образует обратимые и замкнутые циклы, всегда возобновляющиеся и тождественные (геохимические циклы). Они возобновляются над поверхностью энергией Солнца, поглощаемые живым веществом, а в глубине – атомной энергией, обусловленной радиоактивным распадом.