Саморегулирование в географической оболочке
Характерная черта динамики географической оболочки и ее компонентов — саморегулирование, которое базируется на принципе всеобщей связи явлений. Благодаря саморегулированию географическая оболочка сохраняет свою устойчивость и многие параметры геосистем находятся в состоянии динамического равновесия несмотря на резкие колебания внешних факторов. Примером саморегулирования может служить солевой состав Мирового океана: несмотря на различия в количестве атмосферных осадков, испарении и речном стоке, соотношение ионов солей в океанической воде остается почти постоянным (В.И.Вернадский даже предлагал принять это соотношение за константу нашей планеты). Другой пример — регулирование содержания диоксида углерода в географической оболочке на основе карбонатной системы Мирового океана.
Основная причина постоянства — всеобщая взаимосвязанность концентраций веществ. В соответствие с принципом Ле-Шателье— Брауна, нельзя изменить концентрацию одного компонента замкнутой термодинамической системы без изменения содержания остальных компонентов: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе усиливается то направление процесса, течение которого ослабляет данное воздействие, и положение равновесия смещается в том же направлении. Это обстоятельство защищает систему от внешних возмущений. Другое дело определить, когда такое равновесие наступит. Надежность системы возрастает с увеличением ее сложности. В определенной мере этот принцип применим к открытой термодинамической системе, каковой является географическая оболочка. В большинстве незамкнутых геосистем действие этого принципа ограничено, так как всегда есть возможность стороннего поступления анализируемого компонента. Вопрос правомочности применения принципа Ле-Шателье — Брауна в географических системах чрезвычайно важен, так как на его основе оценивается состояние биосферы и возможности жизнедеятельности организмов.
Во многих случаях динамическое равновесие принимает форму автоколебаний (колебание величины относительно некоторого среднего ее значения). Таковы суточные и годовые колебания большинства физико-географических параметров. Например, автоколебательный характер имеют процессы природной системы солнечная радиация—испарение — облачность (рис. 7.18). За счет сол-
Рис. 7.18. Схема взаимодействия компонентов тепло- и влагооборота
нечной радиации земная поверхность нагревается, что приводит к росту испарения. Поступившая в атмосферу влага конденсируется и образуются облака, которые частично задерживают приходящую коротковолновую солнечную радиацию. Уменьшение ее прихода на земную поверхность понижает температуру поверхности, вследствие чего снижается испарение. Соответственно, изменяется интенсивность и других процессов: уменьшается поступление влаги в атмосферу, рассеиваются облака, вновь увеличивается приход солнечной радиации и начинается новый цикл. Таким образом, четыре взаимосвязанных процесса контролируют друг друга, не давая возможности каждому выйти за определенные границы. У стрелки, идущей от облачности к солнечной радиации, стоит знак «-» (минус), который означает, что влияние облачности на солнечную радиацию отрицательно (при ее увеличении поступление коротковолновой солнечной радиации уменьшается, и наоборот). Этот триггер исполняет роль регулятора с отрицательной обратной связью, стабилизируя систему.
В системе положительной обратной связи все взаимодействующие факторы усиливают друг друга, поэтому она саморазвивается. По такой схеме развиваются тропические циклоны (выделяющаяся при конденсации влаги энергия способствует подъему масс воздуха на большую высоту, а, следовательно, и более интенсивной конденсации).
Перемещения вещества и энергии в географической оболочке связывают ее составляющие в целостную систему, в которой изменение одной части приводит к изменению остальных. Так, процесс дегляциации современного оледенения теоретически может привести к повышению уровня Мирового океана на несколько метров. В результате окажутся затопленными большие площади приморских равнин, произойдут изменения в характере тепло- и влагообмена и атмосферной циркуляции, интенсивности речной эрозии и как следствие — смещение географических зон. Однако реально в открытой системе географической оболочки такое явление вряд ли возможно.
В географической оболочке связи осуществляются неравномерно в пространстве и во времени. Горизонтальные перемещения воздуха, воды, минеральных частиц и других субстанций обычно в сотни и тысячи раз превышают вертикальные. Имеет место несимметричность взаимодействий: в одних направлениях перенос сильнее, чем в других. Перемещение разных субстанций происходит с разной скоростью. Все это определяет наличие участков, относительно слабо связанных с другими, с небольшими скоростями обмена вещества и энергии, — болота, замкнутые морские котловины, глубоководные части Мирового океана. Наряду с этим существуют регионы, отличающиеся большими скоростями обмена веществом и энергией — морские побережья, русла рек, предгорья, фронтальные зоны в океане, энергоактивные зоны литосферы.
Пространственные и временные различия в характере взаимодействий определяют необходимость тщательного анализа цепей связей в геосистемах при воздействии на природную среду.
Контрольные вопросы
Каковы основные источники энергии географических процессов?
Как влияют на географические процессы экзогенные источники энергии?
Как влияют на географические процессы эндогенные источники энергии?
Почему недра Земли иногда называют «геохимическим аккумулятором»?
Как происходит распространение лучистой энергии Солнца?
Что такое альбедо и как эта величина меняется на земной поверхности?
Как осуществляется перенос тепла на земном шаре?
В чем состоит различие между радиационным и тепловым балансом?
Почему Землю иногда называют «тепловой машиной»?
Как осуществляются межструктурные круговороты вещества и энергии?
В чем заключается трехмерность географических круговоротов?
В чем особенности геохимического круговорота?
В чем особенности биологического круговорота?
Как происходит круговорот воды и из каких звеньев он складывается?
Почему круговороты в географической оболочке не замкнуты?
В чем заключается основное различие между ритмами, циклами и периодами?
В чем состоит особенность геологических циклов?
Как ритмические процессы проявляются в географической оболочке?
Как осуществляется саморегулирование в географической оболочке?
ЛИТЕРАТУРА
Ананьев Г. С. Влияние Эль-Ниньо на природные и антропогенные процессы / Труды XI съезда РГО. - Т. 2. - СПб., 2000.
Андерсон Дж. М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. — Л., 1985.
Бгатов В. И. История кислорода земной атмосферы. — М., 1985.
Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. — Л., 1985.
Войткевич Г. В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. — Ростов-на-Дону, 1996.
Гангнус А. Ритмы нашего мира (о цикличности природных процессов). — М., 1971.
Дмитриев А. А. Солнечная активность, погода и климат. — М., 1987.
Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнаус Дж. и др. Океан сам по себе и для нас. — М., 1982.
Егоров Н.И. Физическая океанография. — Л., 1966.
Жирмунский А. В., Кузьмин В. И. Критические уровни в развитии природных систем. — Л., 1990.
Зимы нашей планеты. Земля подо льдом / Под ред. Б.Джона. — М., 1982.
Клиге Р. К., Данилов И.Д., Конищев В.Н. История гидросферы. — М., 1998.
Лапо А. В. Следы былых биосфер. — М., 1987.
Максимов Е. В. Ритмы на Земле и в Космосе. — СПб., 1995.
Максимов И. В. Геофизические силы и воды океана. — Л., 1973.
Мирошниченко Л. И. Солнечная активность и Земля. — М., 1981.
Монин А. С. Каменкович В. М., Корт В. Г. Изменчивость Мирового океана.—Л., 1974.
Монин А. С. Шишков Ю.А. История климата. — Л., 1977.
Назаров А. Г. Биогеохимическая цикличность (Историко-экологические аспекты). — Владивосток, 1990.
Одум Ю. Основы экологии. — М., 1975.
Полунин Г. В. Динамика и прогноз экзогенных процессов. — М., 1989.
Проблемы планетарной геологии / Ред. Д. В. Наливкин и Н. В.Тупи-цын. — М., 1963.
Реймерс Н. Ф. Природопользование. Словарь-справочник. — М., 1990.
Риклефс Р. Основы общей экологии. — М., 1979.
Сваричевская З.А., Селиверстов Ю.П. Эволюция рельефа и время. — Л., 1984.
Сватков Н.М. Земное зеркало Солнца. — М., 1979.
Селиверстов Ю. П. Ритмы окружающего Мира и их отражение в географической оболочке // Известия РГО. — 1998. — Т. 130. — Вып. 6.
Сидоренков Н. С. Физика нестабильности вращения Земли. — М., 2002.
Симметрия рельефа. Упорядоченность в рельефе и морфогенезе / Отв. ред. Н.А.Логачев, Д.А.Тимофеев, Г.Ф.Уфимцев. — М., 1992.
Физическая география Мирового океана / Под ред. К. К. Маркова. — Л., 1980.
Флоренсов Н.А. Скульптуры земной поверхности. — М., 1983.
Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. — М., 1976.
Чижевский А.Л., Шишина Ю.Г. В ритме Солнца. — М., 1969.
Шнитников А. В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. — Л., 1969.
Шулейкин В. В. Физика моря. — М., 1968.
Эйгенсон М. С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности. —Львов, 1957.
Ягодинский В. Н. Ритм, ритм, ритм! Этюды хронобиологии. — М., 1985.