Селезнев А.Н. Учебное пособие по курсу «Общая социально-экономическая география»

Географическая оболочка Земли

Литосфера

Литосферу изучает наука геология.

Литос по-гречески означает камень, значит, литосфера – это твердая, каменная оболочка Земли. Если двигаться от твердой поверхности Земли вглубь, то мы поочередно пройдем земную кору, мантию и ядро. Мощность земной коры от нескольких километров под океанами до 80 км под горами, в среднем она составляет менее 40 км, что около 0,6 % земного радиуса. Далее, до глубины около 2900 км, продолжается мантия и, наконец, еще глубже – ядро. Такое строение Земли составлено с помощью дистанционных геофизических методов. На этих глубинах меняется скорость движения физических волн, и происходит их частичное отражение. На основании этих данных предполагается и химический состав глубин Земли, например, говорится о преобладании железа и никеля в ядре. Однако подтвердить это непосредственным наблюдением вряд ли представится в ближайшем будущем. По крайней мере, самая глубокая из существующих скважин за несколько десятков лет бурения не достигла своей проектной глубины 15 км. Бурилась она на Кольском полуострове, а в ее конкретной точке по геофизическим данным мощность земной коры должна быть менее 15 км.

Под литосферой понимается земная кора вместе с верхней частью мантии. В литосфере происходит обмен веществом и энергией между мантией и земной корой. Конечно, в Географическую оболочку Земли мантия не входит, однако, для полноты картины рассматривается именно литосфера, а не земная кора, хотя, конечно, ей будет уделено основное внимание.

Камень – это слово, употребляемое в обычной лексике, специалисты же говорят о «горных породах». Земная кора состоит из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из различных минералов. Минералов описано более 2500. Необходимо учесть, что минералы, помимо твердых, которые составляют основную часть, могут быть также жидкими (нефть, вода) и газообразными (метан, сероводород). Минералы представляют собой простые и сложные химические соединения, а иногда и просто элементы. Например:

Алмаз, графит – С,
Самородное золото – Аu,
Каменная соль (галит) – NaCl,
Кварц – SiO2.

К сложным по химическому составу минералам относят соли кремниевых и алюминиевых кислот, которые называются в целом силикаты и алюмосиликаты. В зависимости от содержания кремнезема (SiO2) в минералах, горные породы подразделяются на «кислые» (с большим содержанием SiO2), которые имеют более светлую окраску и более легкий удельный вес, и «основные» (с меньшим содержанием SiO2), имеющие более темную, даже черную окраску и более тяжелые. Горные породы могут быть мономинеральные, например, кварцит, состоящий из кварца, мрамор – из кальцита. Таких пород относительно мало. В основном горные породы полиминеральные, т.е. состоят из многих минералов, например, гранит, базальт, гнейс и др.

Горные породы обладают структурой, которая отражает форму и размеры минеральных зерен и кристаллов: крупнокристаллическая, тонкозернистая и т.д., и текстурой, т.е. взаиморасположением минералов и зерен: ячеистая, слоистая и т.д.

Все горные породы различаются по типу своего происхождения (генезису) на три класса: магматические, осадочные, метаморфические.

Магма – это расплавленное вещество литосферы, в результате ее остывания образуются магматические горные породы, они подразделяются на 2 группы:

1. Интрузивные (глубинные);

2. Эффузивные (излившиеся).

Коренное различие этих пород в скорости остывания магмы. Представим себе крупное внедрение магмы в земную кору на глубине нескольких километров и последующее остывание. Под мощным теплоизоляционным слоем залегающих над магмой горных пород остывание ее будет проходить очень долго, по мере остывания из расплава будут образовываться кристаллы минералов, которые, при прочих равных условиях, будут тем крупнее, чем дольше длится кристаллизация. Такие типичные интрузивные горные породы будут иметь кристаллическую структуру, например: граниты, габбро.

Если магма через трещины в земной коре выльется на поверхность литосферы, остывание ее быстрое, а если это дно океана - практически мгновенное. В таких условиях кристаллы либо могут составлять отдельные вкрапления, либо вообще не образуются. Часто из магмы даже не успевают улетучиться газы, и она будет пористой. Типичными эффузивными (излившимися) горными породами являются: базальт, пемза, обсидиан (вулканическое стекло), туф.

Помимо типичных интрузивных и эффузивных пород, есть множество магматических пород, занимающих как бы промежуточное положение. Например, магма, остывшая в трещинах.

Осадочные горные породы образовались, как видно из самого названия, в результате осадконакопления на поверхности литосферы. Это может происходить как на поверхности суши, так (что чаще) на дне водоемов. Осадочные горные породы подразделяются на 3 группы:

1. Обломочные, т.е. состоящие из мелких или крупных обломков горных пород, образовавшихся в процессе выветривания. Выветриванием называется разрушение горных пород под действием различных сил (воды, ветра, живых организмов, разницы температур и т.д.). Различают механическое и химическое выветривание. К типичным обломочным породам относятся песок, щебень, гравий и т.п.

2. Органогенные горные породы. Само название говорит о том, что в происхождении их основную роль играли живые организмы. Примеры таких горных пород: торф, мел, каменный уголь, известняк и т.д.

3. Хемогенные горные породы образуются в результате химических реакций и выпадения в осадок. К таким породам относятся: каменная и калийная соль, мирабилит и т.д.

Метаморфизм - это процесс преобразования горных пород. Преобразование происходит под воздействием давления, температуры, привнесения вещества газами и растворами. Даже наиболее легкие породы в 2-3 раза тяжелее, чем вода, поэтому каждые 10 метров глубины – это около 3 атмосферных давлений, значит, на глубине нескольких километров на горные породы воздействуют давления в сотни и тысячи атмосфер. С глубиной повышается температура. В среднем это около 3˚С на 100 метров, но этот показатель сильно варьирует и в вулканических районах очень высок.

Погружаясь в результате движений земной коры, горные породы оказываются на глубинах, где может происходить их полная или частичная переплавка. При этом меняется структура, текстура, а иногда и химический состав горных пород. Частичному метаморфизму подвержены практически все горные породы, кроме современных. Песок цементируется в плотный песчаник, торф – в уголь и т.д. Однако типично метаморфическими принято называть горные породы, которые полностью изменили первоначальный облик. Например, мрамор, который мог образоваться путем переплавки и последующей кристаллизации известняка. К типично метаморфическим породам относятся: гнейсы, кварцит, кристаллические сланцы.

Горные породы размещены в земной коре не беспорядочно, а строго закономерно, в геологических и тектонических структурах. Под тектоникой понимается вся сумма движений земной коры в любых направлениях, при этом образуются складки, разломы, смещения и т.п. Движения могут проходить очень медленно, например, 1-2 мм в год, и достаточно быстро, даже практически мгновенно – при землетрясениях.

Термины «геологическая» и «тектоническая» структура практически тождественны, однако, под тектонической структурой в первую очередь понимается ее форма, а под геологической – содержание. Тектоника проявляется под воздействием внутренних сил Земли, природа которых до сих пор во многом неясна, однако, они приводят в движение громадное количество вещества в мантии и земной коре. Эти силы принято называть «эндогенными», т.е. внутренними, в отличие от «экзогенных», т.е. внешних, проявляющихся в действии воды, ветра, живых организмов и т.д. Основным источником энергии экзогенных процессов является Солнце и сила тяжести.

В литосфере за историю Земли произошла дифференциация вещества, и более легкие элементы как бы всплыли вверх. Нижний, более тяжелый слой земной коры называют базальтовым. Здесь преобладают породы основного «состава». Выше расположен гранитный слой. Здесь преобладают породы «кислого» состава. Самый верхний слой носит название осадочный, он состоит из осадочных пород.

Земная кора на материках называется материковой и включает в себя все 3 перечисленные слоя. Под океанами сформировалась океаническая кора, где гранитный слой отсутствует, и осадочный сформировался прямо на базальтовом.

Самыми крупными структурами в литосфере являются литосферные плиты. Это блоки литосферы, ограниченные глубинными разломами. Разломы представляют собой трещины, разрывы, а чаще целые системы разрывов в земной коре. Глубинными называются разломы, которые пронизывают всю толщу земной коры до мантии. Литосферных плит много, среди них несколько самых крупных: евразийская, африканская, индо-австралийская, американская, тихоокеанская, антарктическая, которые, в свою очередь, разбиваются на более мелкие. Литосферные плиты как бы плавают, перемещаясь на поверхности мантии, и, что самое основное, движение каждой плиты самостоятельно, т.е. они могут расходиться, наталкиваться друг на друга или сдвигаться относительно друг друга. Скорость движения плит от 2 до 8 см в год. Это приводит к появлению вторичных структур. Пограничные зоны между литосферными плитами имеют самую активную тектонику и называются сейсмическими поясами. Разрушительное цунами 2004 года в Индийском океане образовалось как раз на таком сейсмическом поясе.

Там, где литосферные плиты расходятся, образуется крупная трещина – «рифт», по которой происходит поднятие вещества из мантии и вулканизм. Края разломов поднимаются и отодвигаются друг от друга. В океанах в таких условиях образуются срединные океанические хребты с провалами и углублениями вдоль оси хребтов. Примером срединного океанического хребта является хребет по центральной «оси» Атлантического океана, где расходятся Американская, с одной стороны, и Африканская с Евразийской плиты, с другой. На материках в рифтах часто образуются глубокие тектонические озера: Байкал, Танганьика, Ньяса и т.д.

Если сходятся две литосферные плиты с океаническим типом коры или с океаническим и материковым типом коры, то одна плита «ныряет» под другую, а другая, наоборот, наползает на первую. Здесь образуются, с одной стороны, горы вулканического происхождения, с другой, глубокие океанические желоба. Примером таких ситуаций могут служить вулканические горы и расположенные рядом желоба Курильских островов, Японии, западных побережий Северной и Южной Америк.

Схождение двух плит с материковым типом земной коры приводит на поверхности к движениям в вертикальной плоскости. Образуются складчатые пояса в виде гор и глубоких «корней гор». В этих поясах мощность земной коры будет максимальной, например, Альпийско - Гималайский складчатый пояс.

На границах литосферных плит происходит интенсивный энергомассообмен между земной корой и мантией.

Самыми главными структурами земной коры являются складчатые области (зоны, пояса) и платформы. Складчатая область – это тектонически активные участки земной коры, обычно в зоне сейсмических поясов. Здесь часто происходят землетрясения и вулканизм, горные породы преобладают магматические и метаморфические, разбитые разломами и образующие всевозможные складки. На поверхности складчатым областям соответствуют горы.

Консолидированные участки земной коры с ослабленной тектоникой, проявляющейся обычно в очень медленных вертикальных колебательных движениях, называются платформами. Они расположены обычно в центральных частях литосферных плит. В рельефе, на поверхности литосферы, платформы представлены равнинами.

Абсолютно любой участок земной коры за долгую историю существования Земли много раз сменял платформенные и складчатые этапы развития. Поэтому платформы могут быть только современные. Они имеют двухэтажное строение. Нижний этаж отражает время, когда на этом месте была складчатая область. Породы здесь магматические и метаморфические. Нижний этаж называется фундамент платформы. Верхний этаж называется осадочный чехол платформы. Он представлен горизонтально залегающими или образующими пологие складки осадочными породами. Собственно время формирования осадочного чехла и является временем существования платформы.

Участки платформы, лишенные осадочного чехла, где на поверхность выходят магматические и метаморфические породы фундамента, называются щиты. Например, Балтийский щит на Восточно–Европейской платформе.

Платформы с мощным осадочным чехлом называются плиты. Например, Западно-Сибирская плита (не путать с литосферными плитами!).

И складчатые пояса, и платформы осложнены множеством структур более мелкого порядка.

В складчатых областях или на сочленении их с платформами образуются как бы самостоятельные небольшие платформы, тоже имеющие двухэтажное строение, но имеющие небольшую, вытянутую в плане форму. Они называются межгорными и краевыми прогибами и образуются на месте длительных, часто очень мощных погружений.

Выпуклые складки в осадочных или метаморфических переслаивающихся породах носят название с приставкой «анте-»: антеклиналь, антеклиза, антеклинорий. Например, Воронежская антеклиза. Аналогичные вогнутые складки имеют приставку «син-»: синклиналь, синеклиза, например, Московская синеклиза на Русской или Восточно-Европейской платформе.

Если вдоль разлома в плане произошло смещение горных пород, то такая структура называется сдвиг. Структуры, где смещение произошло в вертикальной плоскости вдоль разлома, называются сброс, или надвиг. Если наблюдается в разрезе опущенный блок между двумя или несколькими разломами, структура называется грабен. Блок, поднятый между двумя или несколькими разломами, называется горст. Могут быть различные сложные сочетания между структурами, например, грабен – синклиналь.

Рис. 8. Сдвиг.

Рис. 9:

а) антеклиналь; б) синклиналь

Рис. 10: а) сброс; б) надвиг

→ направление смещения

Рис. 11. а) грабен; б) горст

Рис. 12. Разрез по грабен-синклинали

Раздел географии на стыке с геологией, который занимается реконструкцией географических условий прошлых эпох, называется палеогеографией. Это самостоятельная наука со своими целями, задачами, методами исследований. Реконструкция истории Земли привязана ко времени и занимается этим геохронология («гео» - Земля, «хронос» – время).

В истории Земли выделяются самые крупные этапы времени, называемые эры. Их всего пять: археозойская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская, которая продолжается и сейчас. Эры подразделяются на периоды. Табл. 2. Архей и протерозой на периоды не подразделяются. Самый древний период палеозоя называют кембрий, поэтому для общего названия архея и протерозоя часто употребляют термин докембрий. В целом для горных пород докембрия характерно отсутствие конкретных окаменелостей органического мира, а есть только косвенные следы присутствия органики. Причиной этого является то, что в докембрии породы или магматические, или очень сильно метаморфизованны.

Для последних трех эр: палеозойской, мезозойской и кайнозойской, которые в литературе часто объединяются под общим термином фанерозой, характерно присутствие окаменелостей, отпечатков и т.д. органического мира, даже широкое присутствие органогенных горных пород.

Таблица 2.

Эры	Периоды		Абсолютный возраст в млн.лет	Складчатость	Характерные организмы
Кайнозойская (кайнозой) Kz		Четвертичный (антропогеновый) Q	0 - 70	Кайнозойская (альпийская)	Расцвет млекопитающих. Человек
	Третич- ный	Неогеновый N Палеогеновый P
Мезозойская (Мезозой) Mz		Меловой К Юрский J Триасовый Т	70 - 185	Мезозойская (киммерийская)	Динозавры Аммониты Белемниты
Палеозойская (Палеозой) Pz		Пермский Р Каменноугольный (Карбон) С Девонский D Силурийский S Ордовикский О Кембрийский E	185 -570	Герцинская Каледонская	Морские кораллы, трилобиты, земноводные, папоротники

Протерозойская (Протерозой) Pt			570 - 2700	Байкальская	Бактерии, сине-зеленые, водоросли

Археозойская (Архей) Ar			> 2700

Самый молодой период кайнозоя – четвертичный, или антропогеновый, поскольку это период, когда на Земле обитали люди и их предки. Он продолжается примерно 2 млн. лет, хотя изредка появляются сообщения о найденных остатках прачеловека более древнего возраста.

Абсолютное время вычисляется, обычно, исходя из времени полураспада радиоактивных элементов.

Кроме возраста горных пород, геологами исчисляется и возраст складчатости. Выше мы упоминали о том, что складчатым областям на поверхности обычно соответствуют горы. Это не всегда так, поскольку очень древние горы могут быть разрушены последующими процессами. Складчатость имеет собственную хронологию, и в таблице приводится название складчатости для разных этапов развития Земли. Конечно, за 4 с лишним миллиарда лет докембрия складчатость проявлялась, но в современном рельефе она никак не проявляется. Следует отметить, что многие горы, образовавшиеся в ранние периоды складчатости, могут в последующие периоды омолаживаться. В рельефе наиболее ранняя складчатость в виде гор проявляется в возрасте верхнего протерозоя – кембрия. Эта складчатость носит название байкальская. Примером может являться Баргузинский хребет на восточном берегу оз. Байкал.

В среднем и нижнем палеозое складчатость носит название каледонская. В этот период складчатости образовались Алтай и Западный Саян.

В верхнем палеозое складчатость называется герцинская. В это время образовались Уральские горы.

В мезозое складчатость носит одноименное название, но в иностранной литературе часто упоминается как киммерийская складчатость. В мезозойскую складчатость образовались Верхоянский хребет, Чукотское нагорье.

В кайнозое складчатость носит одноименное название, но чаще употребляется термин альпийская складчатость. В это время образовались Альпы, Кавказ, Гималаи и т.д.

Для тектонических процессов настоящего времени употребляются термины «неотектоника» и «новейшая тектоника».

Соответствие горных пород и тектонических процессов определенным структурам имеет большое практическое значение для поисков полезных ископаемых, сейсмических прогнозов и т.п. Приведем пример. Вся толща осадочных чехлов платформ пропитана подземными водами, месторождения нефти приурочены к осадочным чехлам. Нефть, как более легкое вещество, стремится «всплыть» на воде, поэтому собирается как бы у днища перевернутых чашек, которыми являются антиклинальные складки, выполненные трудно проницаемыми породами. Этот факт является важнейшим поисковым признаком нефтяных месторождений. На тектонической карте в школьных атласах указывается, к каким породам, осадочным или магматическим, приурочены месторождения тех или иных полезных ископаемых.

Рельеф суши

Рельефом суши называется вся совокупность неровностей земной поверхности. Отдельные неровности называются формами рельефа. Формы рельефа могут быть самыми разнообразными по величине, например гора, крупная речная долина, речная терраса в долине, пойма. Формы рельефа подразделяются на элементы форм рельефа, например, балка имеет в качестве элементов днище и склоны. Формы рельефа образуются при взаимодействии эндогенных и экзогенных сил. Эндогенные силы проявляют себя в тектонических и магматических процессах в виде поднятий, погружений земной коры. Именно эндогенные силы сформировали основные неровности земной коры: материки и океанические впадины, горные системы и равнины.

Экзогенные силы появляются в трёх направлениях:

Выветривание – разрушение горных пород под действием различных сил.
Денудация – перемещение продуктов выветривания под воздействием силы тяжести с более высоких на более низкие уровни.
Аккумуляция – накопление осадков на поверхности суши или дне водоёмов.

Под действием экзогенных сил формы рельефа могут быть либо выработанные: овраг, ущелье, котловина выдувания и т.д., либо аккумулятивные: бархан, дюна, пойма и т.д.

По крупности все формы рельефа подразделяются (что весьма условно) на крупные – макроформы, средние – мезоформы, мелкие – микроформы.

Совокупность форм рельефа называется типом рельефа. Совокупность форм рельефа определяется либо внешним обликом (морфологией), либо, что наиболее важно и в научном и в практическом плане, происхождением (генезисом). Поэтому чаще всего выделяется морфогенетические типы рельефа – совокупность форм рельефа, связанных единым происхождением и внешним обликом. Крупные формы рельефа, такие как горы и равнины, созданы при ведущем значении тектонического фактора и часто в литературе носят название геотектуры. Более мелкие, но тоже достаточно крупные формы, такие как возвышенности, низменности, плато, отдельные хребты и т.д. созданные при ведущем значении тектонического фактора, являются морфоструктурами. т.е. отражают генетическое единство геологической (тектонической) структуры и формы рельефа.

Формы рельефа, созданные при ведущем действии экзогенных факторов, принято называть морфоскульптурой. К основным морфогенетическим типам морфоскульптуры относятся: речной, овражно-балочный; ледниковый, морской, озерный, карстовый и т.д.

Атмосфера

Состав и строение

Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Смесь газов называется воздух, он состоит из азота 78,1%, кислорода 20,93%, инертных газов, среди которых преобладают аргон 0,94%, углекислый газ 0,03%. Кроме этих газов в воздухе в микроскопических количествах присутствуют почти все газы, а также водяной пар, во взвешенном состоянии находятся минеральная пыль, споры и пыльца растений.

Границы атмосферы как таковой нет, т.е. постепенно, по мере удаления от Земли плотность газов убывает, но даже в сотнях километров от Земли плотность газов гораздо выше, чем в космическом пространстве.

В атмосфере относительно четко прослеживается несколько «слоев» по высоте. Нижний слой атмосферы называется тропосфера, здесь содержится около 80% всего воздуха.

Мощность тропосферы в приполярных районах 8-9 километров и в экваториальных до 16-17 км. Это следствие осевого вращения Земли и возникающей центробежной силы.

Выше тропосферы на высотах примерно до 80 км расположена стратосфера. Пограничный слой между стратосферой и тропосферой носит название тропопауза, также как между стратосферой и более высокими слоями атмосферы – стратопауза.

Именно в стратосфере находится озон, а озоновый слой принимается за верхнюю границу географической оболочки Земли, поэтому более высокие слои атмосферы в данном курсе не рассматриваются.

Основное влияние на формирование и развитие Географической оболочки Земли оказывают процессы, происходящие в тропосфере.

Погода

Состояние тропосферы на определенное время в определенном месте называется погодой. Таким образом, термин «погода» применим только с обозначением времени и места: погода в Лондоне в начале мая, погода в Липецке 15 февраля и т.п. Если этого нет, то обычно подразумевается здесь и сейчас.

Погода характеризуется показателями, к которым относятся: температура воздуха, атмосферное давление, влажность, облачность, осадки, ветер, дальность горизонтальной видимости.

Температура воздуха измеряется на разных высотах. В обычном понимании при сводках прогноза погоды мы слышим температуру в приземном слое на высоте 2-х метров.

Атмосферное давление измеряется в разных единицах, но при прогнозах погоды дается обычно в миллиметрах ртутного столба. За нормальное атмосферное давление принимается 760 мм ртутного столба ну уровне моря. Чем выше расположен пункт наблюдения, тем ниже уровень нормального атмосферного давления.

Влажность воздуха может быть абсолютной, т.е. отражать конкретное содержание воды в виде водяного пара в конкретном объеме воздуха. При прогнозах погоды мы слышим обычно величину относительной влажности. Это содержание водяного пара в воздухе в процентах по отношению к полному насыщению. При полном насыщении пар конденсируется в капли воды. Температура воздуха, при которой наступает полное насыщение, называется точкой росы.

Облачность выражается обычно в баллах. Визуально абсолютно чистое небо принято за 0 баллов, полностью покрытое облаками – за 10 баллов. Выделяют виды облаков по ярусам. Слоистые облака присутствуют в основном в нижних частях тропосферы, кучевые – в средних частях и перистые – в верхних. Дождевыми бывают обычно слоистые и кучевые облака. Летом образуются кучевые и кучево-дождевые облака вертикального развития.

Атмосферная влага, осевшая на поверхность, называется атмосферные осадки. Они могут быть жидкие (дождь, роса, изморось) или твердые (снег, град, иней, изморозь).

Ветер – это горизонтальное движение воздуха от высокого давления к низкому. Ветер характеризуется скоростью в м/сек и направлением. Направление ветра определяется стороной света оттуда дует ветер. Северный ветер – это ветер, дующий по направлению север-юг.

Для практических целей определяется горизонтальная дальность видимости. Это особенно требуется для работы транспорта.

Климат

Долговременный многовековой режим погоды, характерный для данной местности, называется климат. Климат формируется под воздействием климатообразующих факторов:

1. Географическая широта местности. При прочих равных условиях, чем выше широта, тем климат более холодный.

2. Высота над уровнем океана. При прочих равных условиях, чем выше, тем холоднее.

3. Влияние океанов и прочих крупных водных объектов. По этому фактору климат подразделяется на морской и континентальный. Основным погодным показателем, характеризующим различие этих типов климата, выступает влажность воздуха. Морские, насыщенные влагой воздушные массы формируются над акваториями, при этом значительная часть тепла расходуется на испарение. Континентальные воздушные массы сухие и, при прочих равных условиях, на одних широтах летние температуры воздуха здесь несколько выше.

Вода обладает большой теплоемкостью и медленной теплоотдачей, что сглаживает температурные амплитуды в морском климате. Результатом является различие величины годовых и суточных амплитуд температуры воздуха в морском и континентальном типах климата. Различают и более подробные градации климата по этому фактору, например, в умеренных широтах Евразии: морской (Великобритания, Норвегия), близкий к морскому (Прибалтика), умеренно-континентальный (центр Русской равнины), континентальный (Урал, Западная Сибирь), резко-континентальный (Восточная Сибирь, Якутия).

4. Влияние подстилающей поверхности. При прочих равных условиях, чем темнее поверхность, тем больше она нагревается, поскольку больше поглощается и меньше отражается тепловой энергии Солнца. Типичным проявлением этого фактора является муссонный климат, возникающий на границах материков и океанов. Муссоны – это сезонные ветры. Наиболее ярко это выражено на стыке Евразии и Тихого океана. Летом над океаном, который поглощает меньше тепла, чем более темная суша, формируется область высокого давления, а над материком – низкого. Летний муссон дует с океана на материк. Зимой значительная часть суши покрыта снегом и выхолаживается. К более темной водной поверхности следует добавить низкую теплоотдачу воды, перемешивание воды в океане, в результате чего основная часть океана не замерзает и характеризуется плюсовыми температурами. Над сушей формируется мощная область высокого давления – азиатский антициклон, а над океаном область низкого давления, в результате чего зимний муссон дует с материка на океан. Это хорошо видно на климатических картах, где даются направления господствующих ветров января и июля. Кроме обычных муссонов существуют ветры, называемые экваториальные муссоны. Экваториальные муссоны – это сезонные ветры, дующие из северного полушария в южное и наоборот. Вызвано это тем, что летом более нагрето северное полушарие, а зимой южное. В наибольшей степени экваториальные муссоны проявляются в Южной Азии и Северной Австралии, где они накладываются на обычные муссоны.

Влияние подстилающей поверхности холодных и теплых океанических течений влияет на формирование климата побережий

5. Высота и направление горных хребтов. Этот фактор часто является решающим в распределении осадков и циркуляции воздушных масс. На климатических картах видно, что максимум осадков приходится на подножья и склоны гор, стоящих на пути движения воздушных масс: Чаррапунджа у подножья Гималаев, западные склоны Кордильер в умеренных широтах, западный склон Скандинавского хребта, восточный склон Анд в экваториальных широтах т.д.

Субширотное направление хребтов Большого Кавказа не дает проникать воздушным массам дальше на юг, и поэтому северные склоны расположены в умеренном поясе, а южные в субтропическом.

Воздушные массы и атмосферные фронты

Объем воздуха тропосферы над определенной территорией с относительно однородными и одинаковыми показателями температуры и влажности называется воздушной массой. Воздушные массы занимают большие площади в тысячи и миллионы квадратных километров. По основным показателям различают холодные и теплые, влажные и сухие воздушные массы. Изменения их называют трансформацией воздушных масс. Например, теряя влагу, воздушная масса трансформируется из влажной морской в сухую континентальную.

Выделяют зональные типы воздушных масс: арктические и антарктические – холодные и сухие; умеренные – более теплые и влажные; тропические – жаркие и сухие; экваториальные – жаркие и влажные.

Все воздушные массы находятся в постоянном взаимодействии и перемещении. Соседние воздушные массы оцениваются относительно друг друга. Например, воздушная масса с перепадами температур от -5°С до -10°С - теплая по сравнению с массой, где преобладают температуры от -15°С до -20°С. Воздушная масса с перепадом от +10° С до +15° С является холодной, по сравнению с теплой, где перепады температур от +20° С до +25° С.

Зоны раздела между воздушными массами называются атмосферными фронтами. Если теплая воздушная масса приходит на смену холодной, то фронт называется теплым.

Рис. 13. Схематический разрез теплого фронта.

В теплом фронте воздух теплой воздушной массы «натекает» на холодный воздух, постепенно поднимаясь вверх. На стыке теплого и холодного воздуха происходит конденсация влаги, кроме того, поднимаясь, теплый воздух охлаждается, и температура в нем достигает точки росы. Поскольку угол наклона поверхности раздела воздушных масс очень мал, ширина теплого фронта может достигать сотен километров. Теплый фронт сопровождается облачностью и обычно моросящими осадками.

Рис14. Схематический разрез холодного фронта

В холодном фронте холодный воздух подтекает под теплый, вытесняя его вверх, что также приводит к охлаждению его и конденсации водяного пара. Холодный фронт также часто сопровождается осадками, но в плане он имеет меньшую ширину.

Главными атмосферными климатическими фронтами являются зоны раздела между зональными типами воздушных масс.

Общая циркуляция атмосферы

Движение воздуха обусловлено перепадами давлений, которые во многом зависят от распределения температур. Чем выше температура, тем меньше плотность и, соответственно, здесь формируются области низких давлений. Температура воздуха в основном зависит от температуры подстилающей поверхности, а это, при прочих равных условиях, пропорционально количеству тепловой энергии Солнца на единицу поверхности, что при шарообразности Земли определяется широтой.

Наиболее нагреваются экваториальные широты, поэтому здесь формируется устойчивое поле низкого давления. Нагревающийся воздух, поднимается и растекается к более высоким широтам. Таким образом, в поясе низких давлений господствуют восходящие потоки воздуха. Растекаясь от экватора в верхних слоях тропосферы и охлаждаясь, воздух тяжелеет и опускается вниз в тропических широтах, формируя здесь высокое давление, откуда ветры дуют в сторону экваториальных и умеренных широт.

В приполярных областях наблюдаются наиболее низкие температуры воздуха и, соответственно, повышенные давления. Воздух в области повышенного давления имеет нисходящее движение и растекается вдоль поверхности в сторону умеренных широт.

В умеренных широтах господствуют низкие давления и потому сюда устремляются ветры из тропических и полярных широт. Разрез тропосферы представлен на рис. 15.

Такая картина в целом характерна больше для Южного полушария. В северном полушарии зимой пояс низких давлений разрывается, сохраняясь только над океанами, над материками зимой в умеренных широтах формируется область высокого давления.

Для формирования общих закономерностей циркуляции воздуха в тропосфере решающее значение имеют 3 постоянных пояса пониженных давлений (2 в умеренных и 1 в экваториальных широтах) и четыре (2 тропических и 2 полярных) пояса повышенного давления. На рисунке16 показано, как должны были бы дуть ветры, подчиняясь только распределению давлений.

Рис. 15.

Рис. 16.

+ + высокие давления

- - низкие давления

направления ветров, вызванное распределением давлений

истинное направление ветров с учетом силы Кориолиса

Истинное направление ветров между поясами высоких и низких давлений, кроме распределения давления, подчиняется еще отклоняющей силе вращения Земли (сила Кориолиса). Не вдаваясь в физическую суть этого явления, сформулируем правило: любое движущееся тело на поверхности Земли под действием силы Кориолиса отклоняется от своего первоначального направления в северном полушарии вправо, в южном – влево.

С учетом этого, истинные направления ветров, при прочих равных условиях, должны соответствовать рисунку 16 .

В приэкваториальных и тропических широтах формируются восточные ветры, которые называются пассаты.

В умеренных широтах северного и южного полушария преобладают западные ветры, которые называются западный перенос.

В приполярных широтах формируются соответственно северо-восточные и юго-восточные ветры.

Вихри в атмосфере

Помимо закономерностей общей циркуляции и муссонной циркуляции воздуха, в атмосфере возникают вихри, называемые циклоны и антициклоны. Причинами их является возникновение замкнутых областей низкого или высокого давления, которые, в свою очередь, обусловлены температурой, а также силой Кориолиса. Если взглянуть на схему общей циркуляции атмосферы, то обращают на себя внимание встречные направления ветров из тропических широт в умеренные и из полярных широт в умеренные. Главный атмосферный фронт между умеренными и полярными воздушными массами неровный и образуются большие «языки» взаимного проникновения более теплых и более холодных воздушных масс. Таким образом , умеренные широты наиболее благоприятны для образования атмосферных вихрей. Замкнутые области низкого или высокого давления могут возникнуть также от нагревания или выхолаживания подстилающей поверхности.

В возникшей области относительно повышенных температур возникает низкое давление, восходящие потоки воздуха и сюда устремляется ветер, образуя циклон. (Рис.17.)

а) ветер направлен в сторону замкнутой области низкого давления;

б) в северном полушарии при движении ветер отклоняется вправо;

в) образуется восходящий вихрь с низким давлением, который в северном полушарии закручивается против часовой стрелки, в южном – по часовой.

Рис.17. Образование циклона

Циклон – это восходящий атмосферный вихрь с низкими давлениями.

а) ветер устремляется радиально из области высокого давления;

б) ветер отклоняется в северном полушарии вправо от первоначального направления;

в) образуется нисходящий вихрь с высоким давлением, который в северном полушарии закручивается по часовой стрелке, в южном – против часовой стрелки.

Рис.18. Образование антициклона.

Антициклон – это нисходящий воздушный вихрь с высоким давлением. Последовательность образования антициклона показана на рис.18.

Циклоны и антициклоны достигают в диаметре 2-4 тысячи километров и перемещаются со значительной скоростью до 40-50 км в час. В области длительного высокого или низкого давления они могут существовать долго на одной территории и даже приобретают собственные названия. Например: Гренландский максимум, зимний азиатский максимум, Исландский минимум, Северо-Американский минимум.

В воздушных вихрях могут возникать разрушительные сильные ветры: торнадо, смерчи, тайфуны.

В восходящих потоках воздуха происходит охлаждение и достигается температура точки росы. В циклонах погода пасмурная. Летом циклон в умеренных широтах обычно несет прохладную и пасмурную погоду, часто сопровождающуюся дождями. Зимой циклон несет пасмурную погоду и потепление.

В нисходящих потоках не происходит конденсации влаги, поэтому в антициклонах погода всегда ясная. Зимой в умеренных широтах антициклон сопровождается сильными морозами, летом - жарой. В антициклонах наблюдаются большие суточные амплитуды температур, поскольку днем поверхность в ясную погоду сильно нагревается, а ночью выхолаживается. Весенние заморозки обычно бывают в антициклонах.

Зональность климата

Изменение климата с широтой называется широтной климатической зональностью. Самыми крупными составляющими широтной зональности являются климатические пояса. Основой для выделения климатических поясов является количество тепла, получаемого единицей поверхности. Если бы поверхность Земли была абсолютно однородна, то границы климатических поясов проходили бы точно по параллелям, однако циркуляция атмосферы и климатообразующие факторы привели к тому, что границы поясов отклоняются на север или юг, а экваториальный пояс не является сплошным, а представляет собой вытянутый вдоль экватора ряд областей.

Всего климатических поясов тринадцать:

два полярных (арктический и антарктический), два субполярных (субарктический и субантарктический), два субтропических (северный и южный), два тропических, два субэкваториальных и один экваториальный.

Приставка «суб-» для шести климатических поясов несет смысловую нагрузку. Пояса с приставкой «суб-» не имеют собственных воздушных масс и здесь, в зависимости от сезона, господствуют воздушные массы соседних основных поясов согласно следующей таблице:

Таблица 3.

Пояса

Месяцы года

Господствующие воздушные массы

субарктический

декабрь – февраль

июнь – август

арктические

умеренные

субтропический северного полушария

декабрь – февраль

июнь – август

умеренные

тропические

субэкваториальный северного полушария

декабрь – февраль

июнь – август

тропические

экваториальные

субэкваториальный южного полушария

декабрь – февраль

июнь – август

экваториальные тропические

субтропический южного полушария

декабрь – февраль

июнь – август

тропические

умеренные

субантарктический

декабрь – февраль

июнь – август

умеренные

антарктические

Климатические пояса по сумме климатообразующих факторов подразделяются на климатические зоны, являющиеся основой общей природной зональности.

Основой для выделения климатических зон является соотношение тепла и влаги, а показателем служит гидротермический коэффициент, или коэффициент увлажнения, - это отношение количества выпавших осадков к возможному испарению. Коэффициент больше единицы означает, что зона влажная, для нее употребляют термин гумидная зона. Если отношение меньше единицы, то зона сухая, для нее употребляют термин аридная зона.

Для гумидных зон характерны: пресные озера, болота, густая речная сеть, богатая растительность, чаще всего лесная.

Аридные зоны представлены степями, полупустынями и пустынями, встречаются солончаки и бессточные соляные озера, речная сеть развита слабо.

Гидросфера

Гидросфера – это водная оболочка Земли. Основные составляющие гидросферы: мировой океан, ледники, подземные воды, поверхностные воды суши (реки, озера, болота, водохранилища), воды атмосферы и вода в живых организмах. Табл. 4.

Вода обладает уникальными свойствами, среди которых некоторые следует отметить:

Вода – универсальный растворитель. Природная вода содержит в себе множество растворенных элементов, практически не встречается в чистом виде. Образно говоря, «в капле морской воды присутствует вся таблица Менделеева».
Вода обладает большой теплоемкостью и низкой теплоотдачей.
Наибольшую плотность вода достигает при 4˚ С. Более теплая и более холодная вода легче, а лед на 10 % легче, чем жидкая вода.
Вода, как и озон, поглощает ультрафиолетовое излучение, поэтому при отсутствии озонового слоя, жизнь могла зародиться только в воде.
Последние исследования ученых показали, что вода способна принимать, перерабатывать, хранить и передавать информацию.

Таблица 4.

Запасы воды на Земном шаре

Виды природных вод	Площадь, млн. км²	Объем, тыс. км²	Доля в мировых запасах, %
Виды природных вод	Площадь, млн. км²	Объем, тыс. км²	От общих запасов	От запасов пресных вод
Мировой океан	361	1 338 000	96,4	-
Ледники и постоянный снежный покров	16,3	25 800	1,86	70,2
Озера, в т.ч. пресные	2,1 1,2	176 91	0,013 0,007	0,25
Водохранилища	0,4	6	0,0004	0,016
Реки	-	2	0,0002	0,005
Болота	2,7	11	0,0008	0,03
Подземные воды, в т.ч. пресные	149 -	23 400 10 530	1,69 0,76	- 28,6
Подземные льды	2,1	300	0,022	0,82
Вода в атмосфере	-	13	0,0001	0,04
Вода в организмах	-	менее 1	0,0001	0,003
Общие запасы воды В т.ч. пресной	510 -	1 387 709 36 750	100 2,65	- 100

В вопросе происхождения гидросферы нет единого мнения. Многие ученые придерживаются теории «ювенильного» происхождения воды, т.е. выделения кислорода и водорода из мантии и последующих химических реакций. В то же время мы знаем, что многие космические тела (метеориты, кометы и др.) содержат воду, и поэтому есть теории космического, внешнего происхождения воды.

Мировой океан

Мировой океан занимает более 70 % поверхности Земли и делится на четыре составные части:

Тихий океан	178,684 млн. км²
Атлантический океан	91,655 млн. км²
Индийский океан	76,175 млн. км²
Северный Ледовитый океан	14,699 млн. км²

Средняя глубина океанов 3700 м, наибольшая 11 022 м (Марианская впадина). Профиль дна океанов выглядит, как показано на рисунке 19.

Рис. 19.

Материковая отмель (шельф) – это продолжение поверхности материка под водой океана до глубин примерно 200 м. Шельф имеет сложный рельеф с островами.
Материковый склон. Относительно крутое падение склона дна океана до глубины 2500 – 3000 метров.
Ложе океана. Средняя глубина около 4000 м, но колебания до 6000 м и более.
Глубоководные впадины (желоба). Узкие длинные впадины в местах сочленения литосферных плит. Максимальная глубина 11022 м.
Срединные хребты и островные дуги. Поднятия в ложе океана, могут достигать поверхности воды, образуя острова.

Вода в океане соленая. Средняя соленость 35 ‰ (35 промилле). Промилле – это тысячная часть целого, так же как процент – сотая часть целого, слово не склоняется. Соленость приповерхностных вод океанов зависит от испаряемости. Чем выше испарение, тем выше соленость, поскольку испаряется только сама вода. Средняя соленость приполярных вод примерно 33 ‰, тогда как в тропических широтах до 36 ‰. На глубинах соленость практически постоянная.

Температура воды в Мировом океане в приповерхностных слоях также подчинена широтной зональности. В полярных областях она ниже 0° С и замерзает при - 2° С, а в экваториальных широтах достигает + 28° С и выше.

Температура воды в океане меняется и с глубиной. Эффект широтной зональности сохраняется до глубин несколько сотен метров. На глубинах 1-3 км температура всегда 2-3° С, а глубже – от +2° С до 0° С. В тектонически активных областях на дне океанов могут быть источники горячей воды.

Вода в Мировом океане находится в постоянном движении. Существуют восходящие и нисходящие потоки воды. Горизонтальное движение воды называется океаническими или морскими течениями. Кроме того, движение воды осуществляется в виде волн. Выделяют ветровые волны, обычно небольшие, но при сильном ветре возникают громадные волны. Максимальные, высотой до 30 м, наблюдаются на Гавайских островах. Периодические волны, вызванные притяжением Луны и Солнца, называются приливно-отливными. Максимальная высота таких волн при набегании их на берег наблюдается в заливе Фанди (Атлантический берег Канады). В России наибольшие приливы отмечаются в Белом море (до 12 м) и в Пенжинской губе Охотского моря (13 м).

Землетрясения в Океане вызывают волны цунами, скорость их достигает 800 км/ч, и при набегании на берег они образуют вал до нескольких десятков метров, вызывающий часто большие разрушения.

Океанические течения вызваны господствующими ветрами. В первую очередь, это пассаты (восточные ветры) и западный перенос в северном и южном полушариях. Пассатные течения в северном и южном полушариях, встречая материки, отклоняются соответственно на север и на юг вдоль восточных берегов материков, образуя теплые течения, так как они несут в высокие широты более теплую воду экваториальных широт. На широтах около 40° северной и южной широты воды теплых течений разворачиваются и текут на восток, благодаря действию западных ветров. Встречая на своем пути западные берега материков, течения разворачиваются вдоль западных берегов материков в умеренных широтах, образуя теплые течения, т.к. они направлены в более высокие широты и несут более теплую воду. Так как в южном полушарии на этих широтах материков нет, то такое явление наблюдается только в северном полушарии. В субтропических и тропических широтах это холодные течения, направленные из высоких широт в низкие.

В умеренных широтах Тихого и Атлантического океанов вдоль восточных берегов материков господствуют холодные течения. Таким образом в южных и северных секторах океанов образуются кругообразные течения.

В Индийском океане нет умеренного северного сектора, и здесь, в Аравийском море, в тропических широтах вода настолько прогревается, что Сомалийское течение, направленное из более низких широт, фактически является холодным, т.к. несет менее прогретую воду. Упрощенная схема основных течений в океанах представлена на рисунке 20.

Рис. 20.

→ теплые течения

→ холодные течения

Океанические течения оказывают большое влияние на климат побережий, формируя вдоль них области высоких (в случае холодного течения) и низких (при теплых течениях) давлений. Собственно нисходящие или восходящие потоки воздуха в тропосфере формируют ясную сухую или пасмурную влажную погоду. Именно вдоль берегов с холодными течениями возникли самые сухие районы материков, пустыни:

Атакама – в Южной Америке – «полюс сухости»;

Намиб – в Южной Африке;

Калифорнийская – в Северной Америке;

Сахара – в Северной Африке;

пустыни западной Австралии и Аравийского полуострова.

Вдоль берегов с теплыми течениями обычно много осадков, формируются лесные, и даже болотные ландшафты.

Ледники

Ледники – это большие скопления льда на суше, сохраняющиеся длительное время и образовавшиеся путем уплотнения снега, а не замерзания воды. Последнее добавление в определении указывает на отличие ледников от «наледей», которые часто возникают и сохраняются долгие годы в долинах рек с многолетнемерзлыми породами.

Снег, уплотняясь, постепенно превращается в «фирн», представляющий собой рыхлое скопление кристаллов льда, затем в сплошной массивный лед.

Образование ледников происходит там, где атмосферные осадки выпадают в виде снега и не успевают растаять в теплое время года. Условия, где такое возможно, расположены выше снеговой линии – это граница накопления снежников и ледников. Положение снеговой линии зависит от широты местности. Так в полярных широтах она располагается даже на низменностях, а в тропических и экваториальных – на высотах 5-6 км. На высоту снеговой линии влияет также количество атмосферных осадков в виде снега, ведь небольшое количество снега может растаять даже за очень короткое лето. Поэтому снеговая линия повышается, при прочих равных условиях, с увеличением континентальности климата. Например, в горах Большого Кавказа снеговая линия повышается с запада на восток на 300 – 400 метров.

В приполярных областях ледники образуют щиты, скрывающие все неровности рельефа поверхности литосферы, и называются покровными. Они занимают более 98 % площади всех ледников, а по объему - еще больше. Наибольшую мощность имеет покровный ледник Антарктиды (более 4 км).

В горах образуются горные ледники. Они значительно меньше по площади и мощности, которые зависят даже от ежегодных колебаний климата.

Лед в большой массе обладает свойствами пластичности и текучести, сползая по склонам под действием силы тяжести. При этом лед разрушает поверхность литосферы и сносит ее обломки, образуя специфические формы ледникового рельефа, например, ледниковые цирки, троги (ледниковые долины).

Горные ледники могут стекать по ледниковым долинам со скоростью несколько десятков метров в сутки. Могут случаться и катастрофические быстрые сходы ледника, как это случилось на Кавказе в 2002 году, что повлекло за собой человеческие жертвы.

Самые крупные горные ледники расположены в Евразии (Памир, Тянь-Шань, Гималаи).

Край ледника ниже снеговой линии устанавливается там, где скорость его сползания компенсируется таянием. Это зависит от сезона года, а также от колебаний климата. Общее похолодание влечет за собой увеличение площади ледников и возникновение новых, как горных, так и покровных. В этом случае меняется соотношение объема воды в разных составных частях гидросферы. Уровень океана может существенно снизиться, а общая масса ледников – увеличиться. Такие периоды в истории Земли называются ледниковыми. Например, ученые считают, что первобытный человек заселил Америку в ледниковый период, пройдя посуху там, где сейчас Берингов пролив. Уровень океана при этом был на 130 метров ниже, чем сейчас, и обнажилась значительная часть шельфа.

Тая, ледники оставляют принесенные ими обломки горных пород, образуя ледниковые отложения, которые называются мореной. Морены могут образовать крупные аккумулятивные формы рельефа, например, Валдайская возвышенность.

Лед имеет плотность на 1/10 меньше, чем вода. Покровные ледники в приполярных областях часто сползают ниже уровня океана на шельф. Лед стремится всплыть на воде, и образуются трещины отколов больших масс льда. Такие отколовшиеся и плавающие по океану куски ледников называются айсбергами. Большие айсберги могут достигать сотен и даже тысяч квадратных километров, при толщине десятки и первые сотни метров. Айсберги переносятся морскими течениями в более низкие широты, представляя большую опасность для морского транспорта.

Подземные воды

Немногим меньше, чем в ледниках, содержится воды в подземной гидросфере, которая охватывает всю земную кору. Вода здесь содержится во всех трех агрегатных состояниях. Вода содержится в горных породах, заполняя трещины, поры и пустоты. В зависимости от наличия и величины трещин, пор и пустот, выделяются водопроницаемые горные породы, через которые вода относительно хорошо просачивается (фильтруется), например, галечники, пески, трещиноватые породы. Если фильтрация очень плохая или практически отсутствует, то такие породы называются водонепроницаемые, например, глина, монолитный гранит.

Если копать колодец или бурить скважину, то «зеркало подземных вод» (сплошная поверхность подземных вод) установится на какой-то глубине. На болоте это будет прямо на поверхности, а в аридных пустынных районах – на глубине многих десятков метров. Выше зеркала подземных вод вода тоже присутствует в породах, но только в виде пленок, обволакивающих частицы породы, или капиллярных поднятий. Эта часть подземной гидросферы называется зоной неполного насыщения, или зоной аэрации. Вода свободно фильтруется через зону аэрации и достигает первого от поверхности зеркала подземных вод. Вода здесь испытывает давление, равное атмосферному. И колебание уровня воды в колодце будет зависеть только от непосредственно здесь фильтрующейся влаги атмосферных осадков. Эта вода носит название грунтовая вода.

Ниже уровня грунтовых вод подземная гидросфера носит название зона полного насыщения. Воды, содержащиеся в трещинах магматических и метаморфических пород складчатых областей и щитов, образуют трещинные массивы подземных вод. Поровые воды, содержащиеся в пластах осадочных пород чехлов платформ, образуют пластовые бассейны подземных вод. Водопроницаемые породы, при этом, образуют водоносные горизонты, пласты, толщи, а водонепроницаемые породы – водоупорные пласты, горизонты, толщи.

В отличие от массивов подземных вод, где сообщение между водами в трещинах относительно свободное, воды водоносных горизонтов, заключенные между разными по глубине водоупорными горизонтами, меж собой практически не сообщаются. Такие межпластовые воды испытывают, кроме атмосферного, еще давление всей вышерасположенной толщи насыщенных водой горных пород. Это напорные, или артезианские, воды. Деление подземных вод на воды зоны аэрации, грунтовые и напорные воды, а также массивы и бассейны подземных вод отражает гидрогеодинамику подземных вод.

По содержанию водорастворимых солей подземные воды подразделяются на пресные (до 1 г/л), солоноватые (1-3 г/л), соленые (более 3 г/л). По химическому составу подземные воды подразделяют обычно, беря за основу преобладающие анионы и катионы. Например, гидрокарбонатные кальциевые, сульфатно-хлоридные натриевые. Кроме солей, подземные воды содержат часто большое количество растворенных газов. Если подземные воды позволяют по своему гидрохимическому и газовому составу использовать их в лечебных целях, то такие воды называют минеральными. Деление подземных вод по солености и химическому составу отражает гидрогеохимию подземных вод.

По температуре воды различают: холодные (до 20°С), теплые (до 40°С) и горячие (или термальные) воды (более 40°С). Это отражает гидрогеотермический состав подземных вод.

Выходы подземных вод на поверхность называют родники или источники. Грунтовые воды образуют «нисходящие родники», а напорные – «восходящие родники». Выходы горячих вод называются гейзеры.

Вода в земной коре может содержаться в виде льда, образуя многолетнемерзлые породы. В литературе и обиходе часто встречается название «вечная мерзлота», но ученые избегают этого термина. Многолетнемерзлые породы – это следствие холодного континентального климата, мощность их может достигать многих сотен метров и даже более 1,5 км (в районе Анабарского щита Сибирской платформы). Многолетнемерзлые породы являются водоупорами.

Выделяют области распространения: 1) сплошной мерзлоты, 2) таликовой мерзлоты, когда среди сплошного мерзлого фона есть острова талых пород, 3) островной мерзлоты, когда среди сплошного талого фона есть острова многолетнемерзлых пород. Зона многолетнемерзлых пород занимает более половины территории России, доходя в Сибири и на Дальнем Востоке до южной границы и продолжаясь далее в Монголию и Китай.

Практика строительства в районах многолетнемерзлых пород должна учитывать массу негативных явлений в случае их таяния. Это провалы и проседания, течение насыщенного водой грунта и т.д. Например, многие строения приходится возводить на сваях, чтобы мерзлота под ними не протаивала.

Поверхностные воды суши

Реки

Река – это постоянный естественный поток воды на поверхности суши, текущий в выработанном им углублении. Такое углубление называется руслом. Участки русла со спокойным течением, обычно глубокие, называются плес. Мелкие участки русла с быстрым течением – перекат. Скалы или крупные камни на перекате, иногда выступающие на поверхность, образуют пороги. Падение воды в русле с уступа называется водопад. Для равнинных рек характерны плесы и перекаты, редко – пороги. Для горных рек характерны пороги и водопады.

Начало реки называется исток. Место впадения реки в другую реку, озеро, море называется устье. Русла некоторых рек в аридных зонах могут пересыхать и не иметь выраженного устья. Разница в высоте между истоком и устьем называется падением реки. Разница в высоте на единицу длины русла называется уклоном русла. Например, уклон Волги 7 см/км, Терека – 500 см/км. При впадении реки в озеро или море могут быть разные типы устьев рек. Для некоторых рек характерно устье в виде дельты – разветвление русла на множество рукавов в собственных речных отложениях. Например, дельты имеют реки: Волга, Лена, Нил и др.

Устье в виде длинного узкого залива, как бы продолжения реки в море, носят название эстуарий. Эстуарии очень удобны (в отличие от дельт) для строительства портов. Устье в виде эстуария имеют Енисей, Темза, Рейн и др.

Количество воды, проходящее по руслу за секунду, называют расходом. Расходы меряются на конкретном сечении русла в определенный момент времени, а затем вычисляются средние расходы за более длительный период. Например, поперечное сечение реки в данном месте 50 м², скорость течения 2 м/сек. Расход равен 50 * 2 = 100 м³/сек.

Количество воды, выносимое рекой за год, называется годовым стоком воды в реке. Река перекатывает по дну или переносит во взвешенном состоянии массу твердого материала. Суммарное количество его за год называется твердый сток. Например, твердый сток р. Терек 26 млн. т/год.

Все реки характеризуются типом водного питания. Выделяют: дождевой, снеговой, ледниковый и подземный типы водного питания. Поскольку практически всегда тип питания смешанный, то выделяют преобладающий тип водного питания. Например, в России снеговой тип питания преобладает для рек: Печора, Оленек, Индигирка, дождевой для рек Дальнего Востока с муссонным климатом – Уссури, Бурея и др.; ледниковый тип характерен для Терека, Катуни и др. В периоды, когда не выпадают дожди или вода в реке покрылась льдом, питание в основном осуществляется за счет подземных вод. Например, река Сосна Быстрая и ее притоки имеют множество родников в днище русла и по берегам рек.

Изменения показателей и характеристик воды в реке в течение года называется режимом реки. Наиболее часто под режимом понимают изменения уровня воды в русле, хотя есть режим температуры, мутности, солености и т.д. Минимальные показатели уровня воды в реке характеризуют межень, максимальные – паводки. Паводок, периодически повторяющийся весной в результате таяния снега, называется половодьем. Для рек умеренного, арктического и субарктического поясов в режиме выделяются ледостав и ледоход. Питание и режим рек находятся в тесной связи. Режим реки во многом зависит от типа питания. Паводки в реке со снеговым питанием бывают весной, с ледниковым – в самые теплые месяцы года, с дождевым – в периоды выпадения дождей.

В процессе своего исторического развития русло реки вырабатывает форму рельефа, называемую речная долина.

Речная долина состоит из склонов и днища долины. В склонах выходят горные породы, слагающие конкретную местность. Обычно говорят о «коренных склонах». Днище долины чаще всего занято речными отложениями.

Рис. 21. Поперечный разрез через речную долину.

Часть днища долины, периодически во время паводков затапливаемая водой, называется поймой. Древние поднятые поймы называются речные террасы. Обычно тектоническое опускание территории сопровождается расширением поймы и блужданием русла по ней в виде меандр (подковообразных извилин). (См. рис.22).

Тектонические поднятия сопровождаются врезанием русла в днище и образованием речных террас.

Река со всеми притоками образует речную систему. Площадь, с которой река собирает воду, называется речной водосборный бассейн. Границы между бассейнами называются водоразделы. Водоразделами служат обычно осевые линии горных хребтов и возвышенностей на равнинах. Все реки принадлежат бассейнам стока океанов или внутренним бассейнам стока, если они впадают в бессточные озера.

Рис.22. Схема речной долины в плане.

Самый большой в России бассейн стока Северного Ледовитого океана (2/3 территории страны), около 20 % территории – бассейн стока Тихого океана, 10 % – внутренний бассейн стока Каспийского моря и 3 % - бассейн стока Атлантического океана.

Озера

Озеро – это заполненное водой природное углубление на поверхности суши, не имеющее двусторонней связи с Мировым океаном. По величине крупные озера могут быть больше некоторых морей, но они не имеют проливов, по которым в озера может поступать морская вода и осуществляться двусторонний водообмен с Мировым океаном. Исключение составляют озера-лиманы и озера-лагуны, образующиеся на морских побережьях и представляющие собой как бы промежуточную стадию между озером и морем. Из озера вода может поступать в океан через реки.

Озера подразделяются по типу происхождения занятых ими природных углублений – озерных котловин. Среди наиболее распространенных выделяются:

тектонические озера. Вода заполняет трещины, грабены и опускания. Обычно такие озера длинные, узкие и глубокие, как Байкал, Телецкое, Ньяса и др.;
реликтовые, или остаточные. Эти озера являются бывшими заливами или морями Мирового океана, отделившимися от него в результате тектонических поднятий, как, например, Каспийское, Аральское.
ледниковые озера образовались в углублениях, выработанных ледником при движении. Большие скопления таких озер, например, в Карелии, Финляндии, имеют общую ориентировку по пути движения ледника;
ледниковые межморенные озера, как Селигер, выполняют межморенные понижения в рельефе;
вулканические озера образуются в жерлах потухших вулканов. Ярким примером является Кроноцкое озеро на Камчатке. Вероятно, в какой-то мере вулканическим является озеро Севан в Армении;
растворение некоторых горных пород, содержащих водорастворимые или слаборастворимые минералы, называется карст, карст образует крупные пустоты и провалы, которые заполняясь водой, образуя карстовые озера.
провалы и проседания на поверхности образуются при протаивании люда в многолетнемерзлых породах. Образующиеся при этом озера носят название термокарстовые.
подпрудные озера в горах образуются путем перекрытия горных долин обвалами, оползнями, ледниками, например, Сарезское озеро на Памире.
русло реки, блуждая по пойме, образует в долинах рек озера-старицы.

Существуют и другие типы происхождения озерных котловин. Крупные озера часто имеют смешанный тип происхождения. Например, Великие Американские, Ладожское и Онежское – ледниково-тектонический.

Вода в озера поступает с атмосферными осадками, реками, источниками подземных вод. Если поступление воды компенсируется испарением, то подобные озера обычно бессточные (Чаны, Балхаш, Аральское, Каспийское), то есть из них не вытекают реки. В таких озерах происходит повышение солености воды, иногда до критического, когда начинается осаждение солей. Такие озера называются самосадочными, например, Баскунчак, Эльтон. Бессточные и самосадочные озера обычно располагаются в аридных зонах, их уровень часто ниже уровня Мирового океана. Самой низкой точкой суши является берег Мертвого моря (- 400 м).

В гумидных зонах поступление воды в озеро обычно не компенсируется испарением и образуется сток из озера в виде реки. Озера называются сточными, а иногда среди них выделяют проточные. Примерами таких озер являются Байкал, Телецкое, Онежское, Ладожское, Тана, Виктория, Великие Американские озера и др. Река, вытекающая из озера, углубляет и расширяет свое русло, что может привести к полному спуску воды из озера. Образуются формы рельефа, называемые озерные равнины, поверхность их сложена осадочными породами, образовавшимися на дне озера.

Болота

Избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью и торфом называются болото.

Отмирая, влаголюбивая растительность образует торф, который служит для растений субстратом, почвой. У болотоведов есть классическое определение болота – это растущий торфяник.

По типу водного питания и положению в рельефе болота подразделяются на низинные, верховые и переходные.

Низинные болота располагаются в понижениях рельефа. Это могут быть берега рек, зарастающих озер или участки, где грунтовые воды очень близко от поверхности. Вода в низинных болотах богата растворенными в ней элементами, необходимыми растениям, и поэтому растительность низинных болот богата и разнообразна. Осока, камыш, тростник, рогоз, вахта и многие другие травянистые, а также влаголюбивые деревья и кустарники (ива, ольха). Торф низинных болот при сжигании дает много золы.

Верховые болота располагаются на плоских или слабо выпуклых приводораздельных поверхностях. Водное питание - в основном за счет атмосферных осадков. Атмосферная влага содержит очень мало растворенных элементов, для нее применимо выражение «ультрапресная», т.е. содержание солей в сотых долях грамма на литр воды. Очень немногие растения способны довольствоваться такой водой, поэтому основным растением верховых болот является мох сфагнум. Торфяники таких болот образуют полого-выпуклые подушки на поверхности и растут по мощности и вширь. Если низинные болота могут встречаться по берегам водоемов и в аридных зонах, то верховые болота – принадлежность гумидных зон, в России – это тундра, лесотундра, тайга. Западно-Сибирская равнина является одной из крупнейших лесоболотных провинций мира, а самое крупное верховое болото – Васюганское - занимает водораздел Оби и Иртыша. Скорость разрастания этого болота до 5000 га в год.

Переходные болота содержат элементы и низинного и верхового. Торф верховых болот при сжигании дает очень мало золы и до недавнего времени широко применялся как топливо.

Водохранилища

Водохранилища – это искусственные озера, чаще всего подпрудного характера, созданные человеком.

Водохранилища могут быть очень крупные по площади и по объему содержащейся воды, например, каскады водохранилищ на Волге, Енисее, Ангаре, Асуанское на р. Нил. В то же время часто встречаются относительно небольшие пруды, особенно в степной и лесостепной зонах. Это могут быть и вырытые водоемы, например, в южной и юго-восточной муссонной Азии для хранения дождевых вод, или заполненные водой карьеры после добычи полезных ископаемых.

Целевое назначение использования водохранилищ очень разнообразно:

накопление гидроэнергии при гидроэлектростанциях;
снабжение водой крупных предприятий и населенных пунктов;
запасы воды для искусственного орошения;
регулирование стока рек;
формирование транспортных внутренних водных путей;
рыборазведение, водопой скота и т.д.

Создание водохранилищ должно быть хорошо обосновано не только по экономическим, но особенно по экологическим позициям. Вот некоторые из проблем, с которыми приходится сталкиваться при строительстве водохранилищ:

Затапливаются большие площади часто наиболее продуктивных земель, особенно на равнинных территориях.
Происходит изменение климата на территории, примыкающей к водохранилищу.
Происходит подъем уровня грунтовых вод на значительных территориях, что может сопровождаться заболачиванием и засолением почв.
Испарение в реке увеличивается, благодаря многократному увеличению зеркала воды, что может привести к значительному уменьшению стока.
Меняется гидрологический режим реки, создаются препятствия для прохода рыбы.
Неизбежные колебания воды в самом водохранилище (а это иногда десятки метров) оказывают большое негативное влияние на множество компонентов природы.

Строительство одного из самых крупных водохранилищ в мире на р. Нил (Асуанское) привело к тому, что ниже по реке прекратились ежегодные разливы, которые откладывали громадное количество плодородного ила, что привело в свое время к становлению одной из древнейших цивилизаций.

Биосфера

Буквальный перевод означает сфера жизни, сфера живого вещества. В современном понимании биосфера - это не только само живое вещество, но и сфера взаимодействия живого вещества Земли с остальными геосферами. Таким образом, биосферу определяют как глобальную экосистему, т.е. живое вещество планеты вместе со средой обитания. Иногда термин применяется как синоним Географической оболочки Земли.

Существуют разные точки зрения на границы биосферы. Наиболее приемлема нижняя граница в виде изотермы 100˚С на глубине, и верхняя граница – эта наибольшая плотность озонового слоя (22-24 км). Вся толща Мирового океана содержит живые организмы, на суше жизнь распространяется до глубин 4-4,5 км. Таким образом, наибольшая мощность биосферы это 35 км, хотя теоретически живые микроорганизмы могут существовать и в более критических ситуациях.

Живое вещество планеты выступает как мощная сила, формирующая, в одном ряду с энергией Солнца и тектоникой, Географическую оболочку Земли. Все остальные геосферы в значительной мере являются производными от биосферы.

В литосфере толща осадочных пород сформирована при участии живых организмов, а органогенные породы - исключительно продукт деятельности живых организмов.

Состав атмосферы в нынешнем виде поддерживается живыми организмами. Баланс азота, кислорода, углекислого газа – это результат жизнедеятельности, фотосинтеза и пр.

Солевой и газовый состав Мирового океана определяется жизнедеятельностью водных организмов.

В биосфере происходит биологический круговорот вещества. Химические элементы из почвы, атмосферы и гидросферы поступают в живые организмы, превращаются в новые соединения и возвращаются в виде отходов жизнедеятельности и отмирании живых организмов. В биологический круговорот вовлечено множество химических элементов. Особенно это касается углерода, азота, фосфора, кислорода. Само живое существо образуется продуцентами, т.е. организмами, способными производить органику из неорганического вещества. Главными продуцентами являются зеленые растения, где происходит фотосинтез. Фотосинтез – это образование органического вещества с помощью солнечной энергии. Продуцентами являются и некоторые бактерии, но их доля в производстве органики очень мала.

Консументы – это живые организмы, которые для своей жизнедеятельности могут потреблять только готовое органическое вещество. Животные и человек являются консументами.

Превращение органических остатков в неорганические осуществляется редуцентами, главным образом это грибы и бактерии.

Возникновение и развитие человечества привело к тому, что на современном этапе сам человек тоже стал планетарной силой, изменяющей и формирующей Географическую оболочку Земли. В биосфере появилась и развивается новая сфера, названная ноосферой. Буквально – это сфера разума или мыслящая сфера. Понятие «ноосфера» введено в 1927 году французским философом Э. Леруа, а наибольший вклад в учение о ноосфере внес В.И. Вернадский.

Все меньше и меньше можно найти уголков в Географической оболочке Земли, где не проявились бы следы деятельности человека, а значительные угодья превратились в антропогенные ландшафты. Сфера разума подразумевает разумное рациональное природопользование и охрану природы. Хозяйственная деятельность выступает как пример диалектического единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, хозяйство - это необходимая деятельность для обеспечения общества средствами существования и развития. С другой стороны, хозяйство выступает как источник загрязнения и деградации географической сферы. Разумное рациональное природопользование должно найти золотую середину между этими противоположностями.

Сайт создан в системе uCoz