Географическая оболочка Земли и входящая в нее ландшафтная сфера находятся в непрестанном изменении и развитии. Одной из важнейших причин этого развития Л.А. Григорьев считает процесс постоянного обмена веществом и энергией между компонентами географической оболочки, между географической оболочкой и внешним миром.
В развитии географической оболочки и ландшафтной сферы можно выделить три основных этапа.
I этап — абиогенный— период с момента образования земной поверхности до появления жизни. Он охватывает допалеозойское время в истории Земли (архейскую и протерозой скую эры). Это время становления географической оболочки и зарождения ее биологического фокуса - ландшафтной сферы. Состав отдельных компонентов географической оболочки и ее вертикальные границы были тогда иными, чем сейчас. Поэтому говорить о географической оболочке в современном ее понимании в то время неправомерно. Первоначально существовало лишь два исходных компонента — горные породы и солнечная радиация, взаимодействие между которыми проявлялось в поглощении и отдаче горными породами тепла, а также в некоторой аккумуляции солнечной радиации поверхностными и, возможно, более глубокими слоями. Важнейшую роль в жизни планеты сыграло появление атмосферы и воды.
В первичной атмосфере господствовали восстановительные условия, в ней преобладали водород и гелий при низком содержании кислорода и относительно высоком содержании углекислоты. Образование водяного пара могло осуществляться двумя путями: за счет выделения из недр и в результате реакции водорода с двуокисью углерода, который наряду с другими газами также выделялся из недр. С появлением воды (с низкой соленостью) возникают моря, океаны, внутренние водоемы, развиваются круговорот воды, эрозионно-аккумулятивные и другие процессы. Покров осадочных пород имел очень небольшую мощность. По-видимому, под действием солнечной радиации водяной пар разлагался на водород и кислород. Однако подавляющая часть кислорода тратилась на окисление аммиака в азот и воду и на окисление метана СН 4 в СО 2 и воду. Таким образом, свободного кислорода в атмосфере практически не было и окисления химических соединений не происходило.
Жизнь в наиболее примитивных ее проявлениях возникла, очевидно, еще в архее, но воздействие ее на ландшафтную сферу и тем более географическую оболочку в целом было ничтожным. Даже к концу добиогенного этапа на суше обитали лишь бактерии и водоросли, поэтому ландшафтной зональности в современном представлении тогда не было, как и не было развитого почвенного покрова.
II этап —биогенный — включает палеозой, мезозой и значительную часть кайнозоя (палеоген, неоген).Моря и сушу завоевывают растения и животные, состав и строение которых все более усложняется с течением времени. С начала палеозоя биологический компонент оказывает решающее влияние на состав и структуру географической оболочки. Благодаря живым организмам возросло содержание кислорода в атмосфере, более энергично пошел процесс накопления осадочных пород, сформировались почвы — этот важнейший компонент ландшафтной сферы. Жизнь, по словам В.И. Вернадского (1926), «теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать».
С появлением жизни как формы существования материи зародилась полноценная географическая оболочка - сложная, качественно своеобразная материальная система. Ландшафтная сфера в этот второй период приобрела зональную структуру, тип которой неоднократно менялся на протяжении палеозоя и мезозоя.
В развитии географической оболочки второго этапа можно выделить два наиболее крупных подэтапа — доантропогенныйи антропогенный, качественные различия которых предопределяются воздействием разумного человека на природные процессы.
А) Доантропогенный подэтап.По современным представлениям жизнь возникла около 3 млрд. лет назад и в горных породах того возраста сохранились остатки примитивных бактерий. О появлении жизни в то время свидетельствует также наличие известняков, железистых кварцитов и других пород, возникновение которых связывают с жизнедеятельностью организмов. Всю необходимую информацию о замене катализатора или его восстановлении вы сможете найти на сайте https://www.glushiteli-1.ru/catalizatori.aspx . Также здесь вы сможете купить глушители, катализаторы, пламегасители и многое другое.
Органическая жизнь первоначально, по-видимому, была сосредоточена в мелководной прибрежной, хорошо освещенной полосе морей и океанов. Уже в протерозоев водоемах и на суше значительное развитие получили бактерии, синезеленые и меньше красные водоросли, а к концу протерозоя сформировались все типы беспозвоночных животных. Появление жизни — крупнейший эволюционный скачок в развитии, планеты, когда организмы стали великим, постоянным и. непрерывным нарушителем химической косности нашей планеты. Они участвовали в образовании многих осадочных пород и руд, с их помощью атмосфера из восстановительной постепенно стала окислительной.
Для первой половины палеозоя в целом характерна псилофитная флора — травянистые или деревянистые растения, переходная группа между водорослями и папоротникообразными. В животном мире в кембрийское время господствовали археоциаты, появились трилобиты, древнейшие панцирные рыбы, в ордовике развивались кораллы, головоногие ортоцератиты, в силуре появились первые жители суши — скорпионы и многоножки. Большим разнообразием отличалась органическая жизнь девона и карбона. Широко развитые в девоне псилофиты к концу периода вымерли и уступили место древовидным хвощам, плаунам, папоротникам (архиоптерисовая флора), которые достигли расцвета в карбоне. Зеленые растения, обогащая, атмосферу свободным кислородом, создали благоприятную среду для быстрой эволюции животных. Вслед за пышным развитием архиоптерисовой флоры началось быстрое развитие земноводных и.пресмыкающихся, представленных звероподобными рептилиями. В пермский период в результате большей сухости флора приобрела ксерофильный облик, господство начали завоевывать голосемянные. Богатый животный мир был представлен крупными фораминифéрами, морскими ежами и лилиями, хрящевыми рыбами, земноводными и пресмыкающимися.
В мезозойскую эру появились первые млекопитающие, предки птиц (триас), в мелу началось обеднение голосемянных, появились и широко развились покрытосемянные. Непрерывное, поступательное развитие органической жизни, переход от одних форм к другим, от низших к высшим характерен и для кайнозойской эпохи.
Непрерывному изменению состава и структуры подверглась литогенная основа географической оболочки. Первоначально земная поверхность представляла сплошную геосинклиналь, а в дальнейшем соотношение площадей платформ и геосинклина.льных областей менялось следующие образом по подсчетам М.С. Точилина (1960; Юренков, 1982; табл. 1):
Таблица 1 - Соотношение площадей платформ и геосинклинальных областейЗемного шара
Одновременно литогенная основа пополнялась веществом за счет внедрения изверженных масс и поступления его из космического пространства; увеличивалась масса осадочных пород, происходили и другие изменения.
На протяжении геологической истории сильно менялось положение полюсов Земли. Согласно П.С. Хромову, в протерозое Северный полюс находился в центре Северной Америки, откуда мигрировал на юго-запад и в кембрии располагался в середине Тихого океана. Уже в палеозое полюс переместился на северо-запад и достиг в триасе побережья Охотского моря, затем начал смещаться к северо-востоку. В неогене он мигрировал по Северному Ледовитому океану в направлении к Гренландии и в антропогене занял современное положение.
Взаимодействие всех непрерывно, поступательно развивающихся компонентов географической оболочки предопределяло постоянное ее изменение во времени и пространстве как целостной материальной системы, естественно-историнеское усложнение ее территориальной дифференциации. С полным основанием можно говорить о наличии природных зон в карбоне, перми и других периодах. Так, в пределах Евразии в среднем и верхнем карбоне существовали три климатические зоны с характерной для них растительностью. По данным Н.М. Страхова (1962; Юренков, 1982) неширокой полосой от Молого-Шекснинской низменности через Южный Урал, Тургай, к Заилийскому Алатау протягивалась засушливая; зона, которая сильно расширилась к перми; севернее ее располагалась умеренно влажная (тунгусская) зона с растительным покровом из древовидных плауновых, каламитов, а в перми к ним присоединились гинкговые; к югу от аридной зоны располагалась тропическая влажная зона с пышной вестфальской растительностью из крупных каламитов и кордаитов, лепидодендронов, сигиллярий, древовидных плаунов, папоротников, хвощей и др.
Зонально-провинциальные различия природы еще больше проявились в мезозойское время. Согласно А. А. Борисову (1965; Юренков, 1982), в пределах территории России на протяжении всей мезозойской эры существовали три климатические зоны. В триасе на севере Дальнего Востока выделялась субарктическая зона, северную половину европейской части и север Сибири занимала умеренно теплая континентальная, а на юго-западе располагалась тропическая зона, которая затем сменилась влажной субтропической. Эти же зоны, но несколько иного простирания, отмечались в юре и мелу. К концу мела произошла дифференциация субтропической зоны на влажные субтропики (современный Крым, Черное море, Кавказ, юг Каспия) и сухие (территория Средней Азии).
В палеогене происходила дальнейшая дифференциация природных условий. Юг Русской равнины занимала субтропическая (полтавская} зона с растительностью из вечнозеленых пальм, мирты, фикусов, лавров, дубов, древовидных папоротников, секвой, болотных кипарисов, широколиственных листопадных (тополь, грецкий орех и др.). К северу от широты Волгограда простиралась умеренная теплая тургайская зона с господством листопадных широколиственных древесных и кустарниковых пород с участием хвойных (ель, тис и др.) и мелколиственных (береза, крушина и др.) пород.
Как отмечают многие исследователи, динамичность всех природных процессов усиливалась с возрастом Земли, от одной геологической эпохи к другой. Наибольшей эволюционной изменчивостью обладают природные зоны, расположенные в более высоких широтах. Природные зоны более низких широт обнаруживают относительно большую устойчивость, более консервативны.
Интенсивные горообразовательные движения в неогене, резкое увеличение площади суши и сокращение морских бассейнов, быстрое смещение полюсов и другие факторы обусловили усиление континентальности климата, дальнейшую дифференциацию природных условий. С территории нынешней России отступила палеогеновая полтавская флора, а ее место заняла листопадная тургайская. В миоцене-плиоцене в Средней и Восточной Сибири формировались ядра новой фитогеографической области, где получили господство сосна, ель, пихта, лиственница. Усиление континентальности обусловило в Средней Азии смену лесных биоценозов степными и пустынными. С похолоданием климата хвойные леса из Средней Сибири продвинулись на север Восточно-Европейской равнины, на юге они сменились лиственными лесами. К плейстоцену тургайская флора почти полностью мигрировала в убежища, на территории Евразии существовали все природные зоны, за исключением зон арктических пустынь и тундровой, но очаги тундровой растительности на севере и в горах Сибири к этому времени уже существовали. Тундровая зона сформировалась в позднем плейстоцене (гляциоплейстоцене), современное свое положение она заняла в конце голоценового и поэтому является самой молодой из природных зон.
Наибольшей динамичностью всех природных процессов по сравнению с остальными периодами Земли характеризовалось четвертичное время. В период неоднократных плейстоценовых оледенений происходило сокращение площадей, занятых лесом, перед краем наступавших ледников формировалась своеобразная холодная «лесостепь» (перигляциальная зона), которая включала в себя группировки лесной, степной и элементы формирующейся тундровой растительности. Спускавшиеся горные ледники теснили книзу в предгорья лесную растительность, ее место занимали представители формирующихся альпийских комплексов. В межледниковые эпохи природные зоны и высотные пояса стремились занять свои прежние положения. Вместе с зональными видами растительного мира к северу продвигались и не свойственные этим зонам представители. Так, вследствие переселений в лесной и тундровой зонах в альпийском поясе гор появились степные представители — Центральноякутские, Яно-Оймяконские, Колымские и другие луго-степи, сохранившиеся и до настоящего времени. Их существование здесь в настоящее время вполне соответствует современным экологическим особенностям этих территорий. Все эти перемещения способствовали перемешиванию различных видов растительного и животного мира, дальнейшему усложнению морфоструктуры географической оболочки.
Б) Антропогенный подэтап — III этап — отвечает четвертичному периоду (антропогену, или плейстоцену и голоцену).В это время географическая оболочка Земли становится местом обитания — географической средой — человека, ареной его хозяйственной деятельности. За сравнительно короткий промежуток времени географическая оболочка оказалась под сильнейшим воздействием человека. Особенно большие изменения, связанные с деятельностью человека, произошли в структуре и строении ландшафтной сферы. Девственный растительный покров многих географических зон нарушен человеком или полностью замещен культурной растительностью; вследствие распашки земель резко возросли эрозионные процессы; плотины электростанций изменили режим рек.
Современный облик ландшафтной сферы есть в значительной мере результат хозяйственной деятельности человека. Именно этот современный облик ландшафтной сферы, в сильной степени преоразованный человеком, и составляет объект исследований ландшафтоведческой науки.
В своей практической деятельности человек выходит далеко за пределы ландшафтной сферы, а отчасти переходит и за пределы географической оболочки. Однако преобразующее воздействие его пока ограничивается в основном рамками ландшафтной сферы.
С появлением человека разумного (Homo sapiens ) географическая оболочка вступила в качественно новый этап своего развития, в котором принято выделять четыре основных периода:
1)древнейший (верхний палеолит) — 40-10 тыс. лет назад;
2)древний (мезолит, неолит, бронзовый век) — 10-3 тыс. лет. назад;
3)новый (железный век, историческое -время) — 3 тыс.- 30 лет назад;
4)новейший — с середины 40-х годов XX в. до наших дней.
Первые периоды антропогенного этапа характеризовались сравнительно незначительным воздействием человечества на географическую оболочку. В древнейший период это воздействие проявлялось главным образом в постепенном освоении новых территорий, в количественном изменении некоторых видов растительного и животного мира. Более существенное и разнообразное влияние оказывало человечество на природные процессы во второй, древний период в связи с возникновением скотоводства и земледелия, с активным вмешательством человека в такие компоненты природной среды, как почва, растительный покров. Первыми антропогенными урочищами, созданными человеком в этот период, стали курганы — могильники, сохранившиеся до наших дней. Обработка почвы, пастьба домашнего скота явились причиной.усиления эрозионных процессов, качественного из.менения растительных сообществ, смены одних ценозов другими.
Вместе с тем нельзя забывать о поступательном общенаправленном развитии географической оболочки и недооценивать естественно-исторические процессы этого времени.
В послеледниковое время (голоценовое межледниковье) (с 10300 лет до нынешнего этапа) также были значительные колебания климатических условий, особенно в высоких широтах. Это подтверждается данными палинологических анализов отложений озер и болот (Нейштадт, 1957; Еловичева, 2001). Так, в отложениях древнего голоцена (арктический и субарктический периоды — 14000-10300 лет назад) на территории Беларуси отмечалось последовательное преобладание пыльцы сосны и березы при большой роли трав (раунисский интерстадиал), березы с участием сосны и ели, трав (ранний дриасовый-I стадиал), сосны и березы, трав (беллингский интерстадиал), сосны с участием березы и трав (средний дриасовый-II стадиал), ели (30-90%) с сосной и травами (аллередский интерстадиал), сосны и березы с травами (поздний дриасовый-III стадиал) при отсутствии пыльцы широколиственных пород. В раннем голоцене (пребореальный и бореальный периоды) климат стал теплее с разной степенью увлажненности. В пребореале-1 (10300-10000 лет назад) господствовала сосна, пребореале-2 (10300-9200 лет назад) — ель и сосна, бореале-1 (9200-8800 лет назад) — береза, бореале-2 (8800-8400 лет назад) — сосна с участием термофильных пород, бореале-3 (8400-8000 лет назад) — сосна и береза с елью. Средний голоцен объединяет атлантический и суббореальный периоды (8000-2500 лет назад. В атлантике (8000-5000 лет назад) отмечается максимум распространения пыльцы широколиственных пород (до 40%), ольхи и орешника. В суббореале содержание термофильных пород существенно снижается, для суббореала-1 (5000-4000 лет назад) характерен максимум сосны, а суббореалу-2 (4000-2500 лет назад) свойственны максимумы ели и сосны. В позднем голоцене (субатлантический период — 2500 лет назад-современность) растительный покров слагали хвойно-лиственные породы, наряду с участием представителей синантропической растительности. В отложениях субатлантики-1 (2500-1600 лет назад) отмечалось максимальное содержание пыльцы сосны, субатлантики-2 (1600-750 лет назад) — ели и сосны, а субатлантики-3 (750-современность) — вновь сосны, а количество пыльцы широколиственных пород в отложениях снизилось до 5%.
Смена лесов (сукцессия растительности) в поозерском позднеледниковье и голоцене связана с изменением климатических условий, а в субатлантический период на естественный ход природных процессов уже накладываются и изменения, вызванные хозяйственной деятельностью человека. В постоптимальное время голоцена (суббореальный и субатлантический периоды) явно выражена тенденция к общему похолоданию климата на фоне кратковременных климатических колебаний в сторону некоторого его потепления и некоторому усилению жизнедеятельности широколиственных древесных пород.
Согласно В.Н. Сукачеву (1938), ельники с участием дуба и других широколиственных пород — это одна из стадий смены широколиственных лесов еловыми, но это процесс медленно идущий, и в победе ели над дубом играют роль не только ее теневыносливость, но и другие свойства, в частности влияние на почву, которое проявляется в усилении подзолистого процесса. В.Н. Сукачёв совершенно правильно указывал, что ельники с примесью дуба и других широколиственных пород могут оставаться в течение нескольких поколений без резких изменений и даже с временными изменениями в силу случайных причин (рубка, действие вредителей, пожары) в сторону господства дуба с его спутниками. Кроме того, на фоне общего похолодания и увеличения влажности после атлантического времени отмечались и кратковременные климатические колебания в сторону некоторого потепления. Временные потепления способствовали усилению жизнедеятельности широколиственных древесных пород. Колебания климата в течение послеледникового времени — одна из причин изменений пространственных положений ПТК. Согласно М.И. Нейштадту (1957), М.И. Лопатникову, А.И. Попову (1959), в голоцене подвергались изменениям границы природных зон. Наиболее значительные изменения отмечались в высоких широтах, т. е. проявилась одна из важнейших закономерностей географической оболочки — большая динамичность природных условий в высоких широтах и относительный консерватизм — в низких. Как установлено, в атлантическое время лесная зона занимала нынешнюю территорию лесотундры и часть тундровой зоны, местами выходила к морям Северного Ледовитого океана. Современное положение природные зоны заняли только в позднем голоцене. Изменения климатических условий, особенно увлажненности, в последние десятилетия повлекли за собой изменение морфоструктуры ПТК, которое наиболее ощутимо сказалось в пределах территорий с близким от поверхности залеганием уровня грунтовых вод. Так, по П.С. Погребняку (1967), за истекшее сорокалетие в пределах Украинского Полесья влажные и сырые местообитания осушились примерно на один гидротоп: т. е. черничники-долгомошники превратились в черничники-зеленомошники, последние — в брусничники, а некоторые брусничники — в лишайниковые боры.
Историческое время антропогенного этапа развития географической оболочки характеризуется значительными изменениями ее в результате хозяйственной деятельности человека. Роль человеческой деятельности далеко не всегда позитивная. Ф. Энгельс писал в «Диалектике природы»: «Людям, которые в Месопотамии, Греции, Малой Азии, и в других местах выкорчевывали леса, чтобы, получить таким путем пахотную землю, и не снилось, что они этим положили начало нынешнему запустению этих стран, лишив их, вместе с лесами, центров скопления и сохранения влаги. Когда альпийские итальянцы вырубали на южном склоне гор хвойные леса, так заботливо охраняемые на северном, они не предвидели, что этим подрезаывают корни высокогорного скотоводства в своей области; еще меньше они предвидели, что этим они на большую часть года оставят без воды свои горные источники, с тем, чтобы в период дождей эти источники могли изливать на равнину тем более бешеные потоки».
Наиболее сильные изменения в географической оболочке произошли в связи с научно-технической революцией. Современное человечество, вооруженное мощной техникой, стало одним из важнейших факторов развития географической оболочки и ее геосистем. В сегодняшнюю науку прочно входит понятие «техносфера» — сфера проявления деятельности техники. В природе нет ни одного компонента, который не подвергался бы изменениям под влиянием техногенных процессов.
Хозяйственная деятельность человека в течение нового периода существенно сказывается даже на таком относительно консервативном компоненте, как литогенная основа. Неузнаваемо меняется облик горно-рудных районов, где в результате горных разработок из промышленного и сельскохозяйственного использования изымаются тысячи гектаров земель. Согласно А.М. Рябчикову (1976), в настоящее время человеком освоено и эксплуатируется 56% поверхности суши, на интенсивную эксплуатацию суши приходится около 15% площади планеты. Из недр Земли ежегодно извлекается более 100 млрд. т руды, горючих ископаемых и строительных материалов.
Интенсивное строительство в городах, добыча нефти и газа вызывает просадку грунтов, изменение условий увлажнения и ряд других последствий.
Наивысшая степень освоенности территории в Европе, где наибольший процент земельного фонда используется в качестве пахотных угодий, большие площади заняты травяно-кустарниковыми пастбищами и лугами, которые в основном имеют вторичное происхождение. Достаточно большие площади земель вовлечены в сельскохозяйственное производство в Азии, Северной и Центральной Америке, Африке.
Интенсивное вовлечение земель в сельскохозяйственное производство должно сочетаться со строгим выполнением научно обоснованной системы мероприятий по их охране, рациональному использованию и повышению производительности. Даже на склонах относительно небольшой крутизны при неправильной пахоте интенсивно развивается водная эрозия, смывается плодородный гумусовый горизонт. На склонах большей крутизны возможно появление промоин, оврагов, которые делают пахотные угодья непригодными для использования. В аридных областях серьезную опасность представляет ветровая эрозия. Известны случаи, когда в пыльную бурю сносился слой почвы толщиной 7-10 см (Юренков, 1982). В результате пыльных бурь на планете в атмосферу ежегодно попадает до 500 млн. тонн пыли (Никитин, Новиков, 1980).
Хозяйственная деятельность человека, быстрый технический прогресс вызвали существенное изменение воздушного океана. В результату сжигания большого количества угля, нефти, газа в атмосферу ежегодно добавляется по данным разных авторов от 10 до 20 млрд. т СО 2 , т.е. примерно в 3000-6000 раз больше, чем выдыхает все человечество. По данным Ф.Ф. Давитая (1975) за 50 лет (30-70-е годы ХХ в.) концентрация двуокиси углерода повысилась на 12-15%, наряду с одновременным сокращением содержание кислорода. При современной тенденции изменения концентрации этих газов, еще через 50 лет (с 80-х гг. ХХ в. по 2030 г. ХХI в.) может быть безвозвратно израсходовано 0,8% свободного кислорода, а через 100 лет количество израсходованного свободного кислорода может приблизиться к 67%. Уже сейчас в США техника потребляет не только весь кислород, который производит растительный покров этой страны, но и часть кислорода, производимого за ее пределами. В Токио и в ряде других крупных городов Японии и США кислородные автоматы и маски входят в повседневный быт жителей.
В результате техногенных процессов в атмосфере значительно увеличилось содержание пыли, вредных веществ. Согласно Д.П. Никитину, Ю.В. Новикову (1980), ежегодно в атмосферу выбрасывалось 200-250 млн. т золы, до 60 млн. т сернистого газа. Общее аэрозольное загрязнение атмосферы за последние десятилетия увеличилось примерно в 20 раз (Будыко, Давитая, 1976). Особенно загрязнены приземные слои воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Так, в Нью-Йорке в результате задымленности атмосферы солнечная радиация снижена вдвое.
Повышение концентрации СО 2 в атмосфере, увеличение массы атмосферного аэрозоля, увеличение производства энергии в недалеком будущем могут вызвать существенные изменения климата планеты, все последствия которого еще трудно представить. По подсчетам Ф.Ф. Давитая (1972), М.И. Будыко (1976), при бурном росте традиционных видов энергии количество выделяемого тепла в XXI в. может оказаться сравнимым с энергией, получаемой от Солнца. Это существенно нагреет Землю и может вызвать нежелательные последствия (таяние льдов Антарктиды и Гренландии, повышение уровня Мирового океана, затопление обширных участков суши, загрязнение воздуха и др.). Последствием хозяйственной деятельности человека является уменьшение на Земле площадей, покрытых лесом. Если 1,5-3 тыс. лет назад лесистость суши составляла 47%, то к настоящему времени эта цифра уменьшилась до 26%. Только за последние 200 лет площадь лесов уменьшилась в два раза (Рябчиков, 1976). Некоторые страны (Англия, Греция, Китай), ранее в значительной степени покрытые лесами, сейчас почти безлесны. Это результат интенсивных рубок и лесных пожаров. Наряду с резким уменьшением лесистости существенно изменился и состав лесов. На больших площадях коренные леса сменились производными, вторичными, уменьшилось количество ценных пород, снизилась роль спелых насаждений и возросла — молодых.
Претерпела сильные изменения структура земельного фонда. В ней возросла доля лугов и пастбищ, пахотных угодий. Материковые луга в лесной зоне, как правило, вторичные, возникшие на месте сведенных человеком лесов. Очевидно, большинство пойменных лугов этой зоны также возникли в результате хозяйственной деятельности человека.
Не меньшие изменения, чем растительный покров, претерпел животный мир. Согласно Л.К. Шапошникову (1971; Юренков, 1982), за последние 400 лет было уничтожено в мире более 500 видов зверей и птиц, под угрозой истребления сейчас находится около 600 видов. Исчезли дикий бык тур (Bos primigenius ) — предок крупнорогатого скота, дикая лошадь тарпан (Equus gmelini ), последняя морская корова (Rhytina stelleri — стеллерова корова)была убита через 27 лет (в 1768 г.) после ее открытия и описания участником экспедиции В. Беринга Стеллером. В результате чрезмерной охоты полностью уничтожены странствующий голубь (Ectopistes migratorius ), дронт (Raphus cocullatus ), дадо (Raphussolitarius )и другие виды животных. Сильно уменьшилось количество особей ценных видов охотничье-промысловых животных. Лось, антилопа сайгак, речной бобр и другие ценные животные, которые некогда в большом количестве водились в России, в предреволюционные годы были почти на грани истребления. Неумелое применение ядохимикатов и удобрений, вырубка лесов, загрязнение водоемов и некоторые другие аспекты человеческой деятельности могут отрицательно сказаться на рыбном хозяйстве. Причем это приводит не только к уменьшению рыбопродуктивности, но и к сокращению количества ценных видов рыб (осетр, белуга, севрюга, лосось, судак и др.) и увеличению доли малоценных видов.
Человек преднамеренно или случайно способствует изменению ареала разных видов животных. Примером преднамеренного расселения животных является их акклиматизация к реакклиматизация. Так, речной, бобр вновь поселился в своих прежних местах, в России «прописалась» североамериканская ондатра (Ondatra zibethica ), байкальский омуль (Coregonus migratorius ) прижился в Онежском озере, приморская енотовидная собака (Nyctereuntes procyonoides ) в большом количестве размножилась на Восточно-Европейской равнине и т. д. Непреднамеренные изменения ареала животных происходили с изменением природных угодий деятельностью человека. Так, вслед за расширением посевных площадей стали расширяться ареалы грызунов, уменьшение лесов способствовало расширению ареала птиц, местами обитания которых являются луга и др.
Большим изменениям подверглись водные ресурсы. По данным М.И. Львовича, А.А. Соколова (1976; Юренков, 1982) на все нужды человечества ежегодно расходуется около 2600 км 3 воды, в том числе безвозвратно 1600 км 3 . К 2000 г. эти показатели возросли более чем в два раза. Существенные изменения претерпел естественный режим речного стока. В результате создания крупных водохранилищ ресурсы устойчивого стока рек мира увеличились на 1850 км 3 или на 15%. Большие успехи в целенаправленном изменении водного режима рек достигнуты в странах СНГ. В результате сооружения всех гидроузлов меженный сток рек СНГ возрос на 33% (Алпатьев, 1973; Юренков, 1982).
В то же время наблюдаются и неблагоприятные изменения в водном режиме. Еще в конце IX в. было отмечено уменьшение воды в реках и их обмеление. Многие сравнительно небольшие реки к настоящему времени утратили свое былое транспортное значение. Одной из причин сильного обмеления рек в летнее время является уменьшение лесистости территории. Как известно, лесной покров повышает средний годовой сток на 17-20%. Одновременно увеличивается доля грунтового и уменьшается доля поверхностного стока в году, перераспределяется сток внутри года (уменьшается весной и увеличивается в остальное время года). Взаимосвязь между распределением годового стока и разной степенью лесистости бассейнов (при прочих примерно одинаковых физико-географических условиях) иллюстрируется во многих работах.
Актуальнейшей проблемой нашего времени является вопрос о пресной воде. По данным ООН, уже сейчас недостаток пресной воды испытывают 47 стран мира. Недопустимо загрязнение вод отходами промышленности и коммунального хозяйства. Растворенные в воде химикаты, сильно нагретые сточные воды пагубно влияют на органический мир водоемов. Загрязненные воды не могут быть использованы для бытовых нужд населения, усиливают износ гидротехнических сооружений, становятся непригодными для промышленных нужд.
В результате хозяйственной деятельности человека меняется природа морей и океанов. В воды Атлантики ежегодно сбрасывается свыше 30 млн. т различных отходов (Никитин, Новиков, 1980). Считается, что около 10% площади Атлантического океана загрязнено отходами нефти. Ежегодно в Мировой океан поступает от 5 до 10 млн. т нефти, что наносит серьезный ущерб органическому миру и другим компонентам природы океана. Охрана морей и океанов — общенародная задача, которой все больше внимания уделяют ученые и государственные деятели многих стран.
Степень использования природных ресурсов человеком, характер отношения человека к природе зависят от характера и уровня материального производства, меняются с переходом от одной общественно-экономической формации к другой. В дореволюционной России эксплуатация природных богатств носила ярко выраженный хищнический характер. В корне изменилось отношение к природным богатствам в нашей стране после Октябрьской революции 1917 г., и в пределах территории бывшего Союза огромное внимание стало уделяться охране природы, природные богатства используются планомерно и целесообразно. Ныне в Конституциях Стран Содружества независимых государств записано, что в интересах настоящего и будущих поколений принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного, мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды.
Одними из первых были приняты следующие документы:
— декрет «О сроках охоты и праве на охотничье оружие»,
— постановление «О мерах борьбы с загрязнением атмосферного воздуха и об улучшении санитарно-гигиенических условий населенных мест» (1949 г.), в соответствии с которым были разработаны санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, предусмотрена очистка промышленных отходов, производится озеленение городов и комплекс других мероприятий;
— «Закон об охране природы», предусматривающий государственную охрану земель, недр, вод, растительных ресурсов, животного мира, атмосферы, типичных и редких ландшафтов (1960 г.);
— постановление «О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии» (1967 г.);
— «Закон об охране природы»;
— «Основы земельного законодательства Союза ССР и союзных республик» (1968 г.), способствовавшие разработке схемы конкретных мероприятий по рациональному использованию и охране земельных ресурсов;
— учреждена «Книга редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и растений СССР» («Красная книга СССР») с целью охраны исчезающих видов животных и растений (1974 г.);
— постановление «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов» (1978 г.).
— «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой» (1963 г.) по инициативе бывшего СССР, имеющего мировое значение для всего человечества, и последовавшие затем ряд соглашений между СССР и США.
Следует отметить, что только в последней пятилетке бывшего СССР для целей охраны окружающей среды было ассигновано 11 млрд. руб.
Неустанная забота правительств передовых государств о грядущих поколениях дает все основания быть уверенным в том, что здоровая природная среда будет не только сохранена, но и значительно улучшена на благо всего человечества. Уже сейчас можно говорить о некоторых результатах этой повседневной заботы. В предреволюционные годы в России лоси, сайгаки, зубры и некоторые другие животные были на грани истребления. В 70-х гг. ХХ в. общее количество лосей в странах СНГ составило 700 тыс. голов, сайгаков 2 млн., чистокровных зубров около 250. В последние же годы значительно увеличилось количество белок, бобров и других животных (Шапошников, 1971; Юренков, 1982).
С целью предупреждения загрязнения вод во многих странах успешно проектируется строительство очистительных сооружений. Например, очистительные сооружения Рязанского нефтеперерабатывающего завода позволяют спускать в Оку переработанную, воду в более чистом виде, чем сама вода в этой реке.
Большое внимание в странах уделяется выведению и применению новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений, эффективной борьбе с их болезнями и вредителями. В сельском хозяйстве уже широко используются антибиотики, бактериальные и грибковые препараты, которые не вызывают нежелательных последствий для почвенного покрова, водных, воздушных масс и других компонентов природы. Так, применение против ряда вредителей созданных в СНГ энтобактерина, боверина во многих случаях позволяет полностью отказаться от ядохимикатов, против многих вредителей успешно используются энтомофаги.
Недопустимость небрежного отношения к природной среде сейчас осознается во всем мире. Эти вопросы являются предметом обсуждения в ООН, на ряде международных симпозиумов, конференциях различных научных и общественных организаций. Хозяйственная деятельность человека способна вызвать не только изменения отдельных компонентов природы, но и ПТК в целом — меняется морфоструктура территории, исчезают одни и появляются другие геосистемы. Примером ПТК, обязанных своим происхождением хозяйственной деятельности человека, являются урочища, сопутствующие горнодобывающей промышленности, карьеров, терриконов, отвалов, воронок проседания; урочища оврагов, искусственных водоемов и др.
Несмотря на столь грандиозную по размаху природопреобразующую деятельность человека, необходимо помнить, что она ни в коей мере не исключает, а лишь видоизменяет физико-географические процессы. Какие бы под влиянием человека изменения не претерпевали урочища, ландшафты или ПТК иного ранга, они по-прежнему останутся природными образованиями и будут развиваться по природным, естественноисторичееким законам. Познав эти законы, человек до известной степени может управлять геосистемами. Сосновые леса могут сменяться березняками, луга — культурной растительностью, иным стал водный режим реки, на которой соорудили плотину, уровень грунтовых вод и т. д. Однако взаимодействие между изменившимися компонентами, ПТК и техническими сооружейиями, воздвигнутыми в пределах ПТК, будут осуществляться только посредством природных процессов. По этому поводу В.Б. Сочава (1973) писал, что структура геосистемы в очень многих случаях в той или иной степени видоизменена в результате преднамеренного или стихийного воздействия со стороны человека. Каковы бы ни были эти изменения, геосистема как целое всегда останется категорией физико-географического порядка, так как ее инвариант составляют природные объекты.
В последние годы в физической географии обособилось и быстрыми темпами развивается новое направление — антропогенное ландшафтоведение, предметом которого является изучение антропогенных ландшафтов.
Если вслед за Ф.Н. Мильковым (1973) под антропогенным ландшафтом понимать ПТК любого ранга, в котором коренному изменению под влиянием человека подвергся каждый компонент, в том числе и растительность с животным миром, или любой ПТК, на котором хотя бы в какой-то мере сказалась хозяйственная деятельность людей, то можно согласиться с мнением, что к настоящему времени на Земле очень мало, либо уже не осталось природных ландшафтов.
При решении вопроса о существовании антропогенных ландшафтов необходимо учитывать, что масштабы воздействия хозяйственной деятельности человека на ПТК находятся в зависимости от их таксономического ранга. Так, инженерные сооружения на ПТК крупных рангов почти не оказывают прямого воздействия, в то же время они могут в корне изменить природу ПТК низших рангов (местностей, урочищ, фаций). Поэтому наиболее правомерно говорить не об антропогенных ландшафтах, понимая под ними ПТК любого ранга, а об антропогенных ПТК строго определенного ранга (фациях, урочищах, местностях и т. д.).
А.Г. Исаченко (1971, 1974, 1976; Юренков, 1982) считает, что не всякое изменение природы ПТК, а лишь те, при которых человек способен создать новую природную систему соответствующего уровня организации с устойчивой структурой, способную к дальнейшему саморазвитию, обусловливает формирование антропогенных ПТК. Следовательно, к разряду последних правомерно относить ПТК далеко не любого ранга. Создать новую природную систему с необратимой морфоструктурой, находящуюся в устойчивом равновесии с окружающей средой, возможно в случае радикального преобразования тех компонентов, которые сыграли решающую роль в обособлении этой системы, — в первую очередь литогенной основы и климата. Однако изменение этих компонентов в такой степени, чтобы ПТК именовать антропогенными на современном этапе, возможно лишь в геосистемах низшего ранга, в первую очередь в фациях, урочищах. Очевидно, не случайно в качестве примера антропогенных ландшафтов Ф.Н. Мильков чаще всего приводит курган, оборонительный вал, пруд в балке, карьер и др., т. е. ПТК низшего ранга — урочища, реже — местности. Значительно сложнее изменить эти компоненты в пределах ландшафтов (в региональном понимании этого термина). Создание антропогенных ПТК более высоких рангов еще более проблематично, так как это возможно лишь при глобальных и коренных изменениях литогенной основы, климатических условий.
Актуальнейшей проблемой новейшего периода антропогенного этапа развития географической оболочки является ее целенаправленное преобразование. В этой связи основными задачами современной географической науки, согласно И.П. Герасимову (1972), являются следующие:
1.Дальнейшее выявление естественных ресурсов, необходимых для производственной деятельности общества, разработка системы мероприятий по наиболее рациональному использованию их.
2.Изучение стихийныхприродных явлений, разработка путей их прогноза и методов активного воздействия на них с целью предупреждения нежелательных последствий.
3.Изучение воздействия производственной деятельности современного общества на окружающую среду и ее изменений, вызываемых этим воздействием.
4.Преобразование окружающей среды, обеспечивающее рациональную эксплуатацию природных ресурсов, ликвидацию и ослабление отрицательных антропогенных изменений и создание благоприятных условий для жизни населения.
5.Охрана природной среды в целях ее дальнейшего научного изучения и использования.
Непременное условие выполнения поставленных задач — прогнозирование развития природных компонентов, географической оболочки в целом и ее ПТК. В задачи прогнозирования входит определение тенденций и направления их развития как в результате естественно-исторических процессов, так и под влиянием хозяйствен-ной деятельности человека.
В основе прогнозирования естественноисторического развития природы лежит изучение закономерностей ее развития в прошлом и настоящем. Без знания прошлого географической оболочки, ее компонентов и ПТК невозможно предсказать их будущее, ибо развитие природы протекает по определенным закономерностям. В настоящее время наиболее хорошо разработаны методы прогнозирования развития климатообразующих факторови климатов Земли, меньше внимания уделяется прогнозированию естественноисторических изменений литогенной основы.
В последние годы большое внимание уделяется прогнозированию развития природы под влиянием хозяйственной деятельности человека. В частности, на основе количественных характеристик химической денудации и с учетом влияния хозяйственной деятельности составлен прогноз изменения качества вод озера Байкал (К.К. Вотинцев (1973; Юренков, 1982). Критически изучив проект строительства Нижнеобской ГЭС, был сделан вывод, что спонтанное развитие саморегулирующегося природного комплекса в пределах значительной части Тюменской области в условиях современного климата не обеспечивает снижения избыточной гидроморфности его ландшафтов, поэтому технические мероприятия здесь должны быть направлены не на создание водохранилищ, а на исключение высоких паводков, регулирование стока.
Таким образом, целенаправленное преобразование природы, рациональное использование природных ресурсов, их охрана и воспроизводство — актуальнейшие задачи современности, важность которых сейчас начинают понимать во всем мире. Если до сих пор человечество по преимуществу искало, как можно больше взять у природы и поиск в этом направлении постоянно продолжался, то уже наступила пора столь же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе то, что мы у нее забрали. Нет сомнения, что гений человечества способен решить эту грандиозную задачу».
Известно, что географическая оболочка представляет собой самый крупный природный элемент. Это комплексная оболочка земного шара, в которой взаимодействуют литосфера, биосфера, гидросфера и атмосфера. Границы географической оболочки совпадают с биосферой.
Целостность географической оболочки определяется взаимным проникновением друг в друга газовой, минеральной, водной и живых оболочек и их взаимодействием. Выделяют метахронность развития географической оболочки, которая была проявлена в ходе ее эволюции.
Этот принцип хорошо виден в развитии оболочки на примере развития биострома и эволюции человека. Есть множество методологических положений, которые относятся к изучению закономерности развития географический оболочки Земли. Это ее эволюционные свойства: унаследование, транзитивность, изменчивость и инерционность.
Этапы развития географической оболочки
Географическая оболочка формировалась на протяжении длительного времени, поэтому ее строение и состав постоянно усложнялись и преобразовывались. Выделяют три основных этапа в развитии географической оболочки - это добиогенный, биогенный и антропогенный.
Взаимосвязь атмосферы, литосферы, биосферы и гидросферы посредством круговорота энергии и веществ определяет нынешнюю целостность географической оболочки. Ей присуща зональность, которая усложнялась и формировалась одновременно с развитием биосферы, являющейся элементом географической оболочки.
Зачастую выделяют такие характерные закономерности и особенности географической оболочки, как ритмичность различных природных явлений и процессов. Среди них уже выделяют различные ритмы - астрономические, солнечные, суточные и геологические.
При помощи сравнения разновременных состояний географической оболочки удается установить структуру ее изменения. Это направленные, необратимые преобразования, которые могут скачкообразно или плавно приводить к усложнению структуры географической оболочки, к увеличению ее разнообразия и сложности географических процессов и явлений, что постоянно происходят в ней.
Это и представляет собой ее развитие. Этот сложный, порой противоречивый процесс, конечный итог которого приводит к тому, что количественные изменения способствуют качественным скачкам. Именно развитие географической оболочки способствовало появлению литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы, они были сформированы, как новые качественные структуры.
Так как взаимодействует внешняя - солнечная - энергия и внутриземная энергии, и это является энергетической основой изменения географической оболочки, то именно они организуют определенные закономерности в развитии ее процессов и явлений.
Поэтому о географической оболочке говорят, как о ступени развития планеты Земля. Предпосылкой возникновения и дальнейшего развития жизни стал именно географический уровень организации подобных природных систем.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Географическая оболочка Земли стала формироваться с того момента, когда растущая планета приобрела возможность саморазвития. Историю развития Земли подразделяют на два этапа (эона): криптозой (время скрытой жизни) и фанерозой (время явной жизни). Быстрое развитие органического мира началось в конце протерозоя – начале палеозоя. В ордовике появились первые представители позвоночных животных – панцирные рыбы. В силуре растения и животные вышили на сушу. В это же время происходит накопление кислорода в атмосфере, оформление озонового слоя. Выход организмов на сушу значительно повлиял на дальнейшее развитие Земли.
В девоне четко оформилась дифференциация физико-географических обстановок. В это время появились лесные, болотные и аридные ландшафты, лагунные скопления. Уже в карбоне стала отчетливо проявляться географическая зональность. В мезозое дифференциация и усложнение физико-географических условий продолжались. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла резкая смена животного мира – началось бурное развитие пресмыкающихся. В юре появились покрытосеменные (цветковые) растения, а в мелу они стали господствующими. В конце мелового периода происходит вымирание гигантских пресмыкающихся, возникают степи и саванны.
В мезозойской эре строение земной коры претерпевает значительные изменения, связанные с мощными расколами земной коры вплоть до верхней мантии, ее раздвижением и образованием океанических впадин. Возникает современная конфигурация континентальных и океанических глыб. Это приводит к высотному контрасту рельефа от + 8848 м (г. Джомалунгма) до – 11034 (Марианский желоб).
В кайнозое происходит альпийская складчатость, начавшаяся в палеогене и охватившая площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанического поясов. От неогена идет отсчет неотектонической, или новейший этап развития земной коры. Последний период кайнозойской эры – четвертичный – называют также антропогеновым (в связи с появлением человека) или ледниковым. Время, когда ледники занимали большие площади, называют ледниковыми эпохами , когда они отступали – межледниковыми эпохами .
Современная эпоха голоцен , наступившая около 10÷12 тыс. лет назад. Географическая оболочка развивается под влиянием разных сил. Внешние силы (солнечная радиация, космические поля и т.д.) хотя и не оставались низменными, но все же не менялись направленно, поэтому они не могли вызвать направленного развития природы земной поверхности. Направленный характер имело развитие планеты, как космического тела, что определило многие закономерности географической оболочки. Большую роль при этом сыграло развитие живых организмов (на последнем этапе – человечество) и формирование биосферы.
Географическая оболочка Земли в прошлом не была такой как сейчас. Она длительно формировалась и стала результатом взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы и человека.
Ученые выделяют три исторических этапа в развитии географической оболочки.
Первый этап - геологический (или добиогенный). Это самый ранний этап истории Земли.
На этом этапе сначала жизни еще не было, а потом, хотя она и появилась, но все еще не оказывала существенного влияния на географическую оболочку.
Жизнь была представлена исключительно простейшими организмами, и они не оказывали существенного влияния на формирование географической оболочки. В атмосфере было очень мало молекулярного кислорода, зато было много углекислого газа.
Этот этап длился с момента образования Земли (где-то 4,5 млрд лет назад) до примерно 600 млн лет назад.
То есть этот этап самый длительный, он продолжался около 3 млрд лет.
Во время геологического этапа произошло формирование земной коры, появились материки, жизнь зародилась в океане и достигла своего расцвета там.
Второй этап - биологический. Он начался примерно чуть мене 600 млн лет назад. В это время атмосфера и гидросфера стали такими как сейчас, появился озоновый слой, жизнь распространилась по суше, образовалась почва.
На развитие географической оболочки существенное влияние оказывали живые организмы. Происходило формирование горных пород, имеющих органическое происхождение.
Третий этап - антропогенный (современный).
Точный момент появления человека неизвестен, однако ученые считают, что антропогенный этап развития географической оболочки начался примерно 40 тысяч лет назад, когда человек начал оказывать заметное влияние на природу.
С того времени влияние человека на природу становится все больше. При этом люди не учитывали закономерностей развития и существования географической оболочки и уже нанесли ей серьезный вред. Многие природные комплексы стали непригодны для существования.
Во Вселенной, чтобы что-то изменялось, необходима энергия.
Это касается и развития Земли, в частности ее географической оболочки. В основном на Землю энергия поступает от Солнца, однако немало энергии дает внутреннее тепло Земли.
Географическая оболочка, которая существует на Земле, — это уникальное явление, которого нет на других планетах.
Этапы развития географической оболочки Земли
Географическая оболочка — материальная система, образованная при взаимопроникновении и взаимодействии атмосферы, гидросферы, литосферы, живого вещества, а на современном этапе — и человеческого общества.
Общая мощность географической оболочки составляет примерно 40 км.
Именно в этой оболочке земли есть все необходимые источники для жизни.
Этапы географической оболочки:
1) Неорганический — до появления жизни на Земле в этот этап сформировались литосфера, первичный Океан и первичная атмосфера.
2) Органический — формирования и развитие биосферы преобразовавшей все существующие сферы Земли.
3) Антропогенный — современный этап развития географической оболочки, когда с появлением человеческого общества началось активное преобразование географической оболочки и возникновение новой сферы — сферы разума .
Географическая оболочка, изменённая хозяйственной деятельностью — называетсягеографической средой.
Географическая оболочка — крупнейший природный комплекс для которого характерна целостность за счет круговорота веществ и обмена энергии, устойчивость, ритмичность (суточные, годовые, многолетние ритмы), иерархичность и зональность (природные и климатические пояса, природные зоны и высотная поясность).
Динамика географической оболочки.
Источники энергии в географической оболочке
Движение в географической оболочке характеризуется большим разнообразием.
Установленные к настоящему времени закономерности перемещения энергии и вещества в географической оболочке составляют основу прогнозирования физико-географических процессов и управления ими . Исключительный динамизм географической оболочки питается двумя мощными потоками энергии: экзогенным, главным образом солнечным, и эндогенным, связанный с недрами Земли. Экзогенный поток энергии во много раз превосходит эндогенный.
У земной поверхности по приближенным подсчетам в географическую оболочку поступает 2.3 х 1024 Дж/год экзогенной энергии и 1.1 х 1021 Дж/год эндогенной энергии.
Трансформация и перенос энергии и вещества в географической оболочке. Перенос и распределение тепла
Важнейшей особенностью географической оболочки являются круговороты вещества и энергии.
Роль их в природе колоссальна, так как они обеспечивают многократность одних и тех же процессов и явлений, а также направленный характер их развития.
Круговорот веществ - многократное участие вещества в процессах, протекающих в геосферах планеты. Круговорот энергии - использование энергии в геосистемах для обеспечения круговоротов вещества.
Так как круговороты вещества и энергии в географической оболочке носят открытый характер, преобладание в них приходной или расходной частей свидетельствует о тенденциях развития данной системы, ее устойчивости или неустойчивости.
В развивающихся природных системах всегда превалирует приходная составляющая, что обеспечивает расширенное осуществление процессов и явлений.
Взаимодействие структурных частей географической оболочки протекает не хаотически. Это отдельные звенья общего круговорота вещества и энергии , которые связывают воздушную тропосферу, водную сферу, земную кору и биосферу в единое целое – географическую оболочку Земли и может быть назван общегеографическим круговоротом вещества и энергии .
Исходным звеном общегеографического круговорота веществ и энергии является земная поверхность.
Под влиянием солнечной энергии здесь возникают динамические явления – в воздушной тропосфере и водной оболочке. Они сопровождаются переносом тепла и влаги, формируются биосфера и кора выветривания – структурные части географических ландшафтов.
Общегеографические круговороты протекают медленно даже по геологическим масштабам времени.
Они не являются совершенно замкнутыми. В разные геологические эпохи с неодинаковой силой проявляются тектонико-магматические процессы, значительные колебания испытываетвулканизм , который воздействует на состав атмосферы, а через нее — на биосферу; в непрерывной эволюции находится жизнь, и ландшафты каждого круговорота качественно отличны.
Общегеографические круговороты вещества и энергии представляют синтез частных круговоротов. Главнейшие из них – геологический круговорот, круговорот воды, биологический круговорот.
Перенос тепла от поверхности в атмосферу происходит тремя путями: тепловое излучение, нагревание или охлаждение воздуха при контакте с сушей, испарение воды.
Водяные пары, поднимаясь в атмосферу, конденсируются и образуют облака или выпадают в виде осадков, а выделяемое при этом тепло поступает в атмосферу. Поглощенная атмосферой радиация и тепло конденсации водяных паров задерживают потерю тепла земной поверхностью.
Над засушливыми районами это влияние уменьшается, и мы наблюдаем самые большие суточные и годовые амплитуды температуры. Наименьшие амплитуды температуры присущи океаническим районам. Являясь огромным резервуаром, океан хранит больше тепла, что ослабляет годовые колебания температуры вследствие высокой удельной теплоемкости воды. Таким образом, на Земле вода играет важную роль как аккумулятор тепла.
Структура теплового баланса зависит от географической широты и типа ландшафта, который, в свою очередь, сам зависит от нее.
Она существенно изменяется не только при движении от экватора к полюсам, но и при переходе с суши на море. Суша и океан различаются как по величине поглощенной радиации, так и по характеру распределения тепла..
До 80% энергии, поглощаемой океаном, расходуется на испарение воды. 20% энергии расходуется на турбулентный теплообмен с атмосферой (что также больше, чем на суше).
Вертикальный теплообмен океана с атмосферой стимулирует и горизонтальный перенос тепла, благодаря чему оно частично оказывается на суше. В теплообмене океана и атмосферы участвует 50-метровый слой воды.
Атмосферная циркуляция
Это система крупномасштабных воздушных течений над земным шаром или полушарием. Атмосферная циркуляция обусловлена неоднородным распределением температуры и атмосферного давления, возникновением так называемого барического градиента; получаемая энергия атмосферная циркуляции расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.
Направление воздушных течений определяется барическим градиентом, вращением Земли, влиянием подстилающей поверхности. В тропосфере к атмосферной циркуляции относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере — преимущественно зональные воздушные течения (западный — зимой и восточный — летом).
Перенося воздух, а с ним теплоту и влагу из одних широт и регионов в другие, атмосферная циркуляция является важнейшим климатообразующим фактором.
В нижней тропосфере тропической зоны преобладает циркуляция, вызываемая пассатами — устойчивыми ветрами: северо-восточным — в Северном полушарии и юго-восточным — в Южном полушарии (наблюдаются в течение круглого года в среднем до высоты 4 км).
Над областью пассатов в средней и верхней тропосфере преобладают западный воздушные течения. Над некоторыми участками тропической зоны, в особенности в бассейне Индийского океана, преобладает режим муссонной циркуляции (зимний муссон совпадает с пассатом, летний муссон обычно имеет противоположное направление).
В тропосфере умеренных широт на перифериях субтропических антициклонов обоих полушарий преобладает западный перенос.
В нижней части тропосферы полярных районов преобладают восточные ветры. В средних широтах, в зоне больших горизонтальных градиентов температуры и давления, возникают тропосферные фронтальные зоны, струйные течения, циклоны и антициклоны, которыми осуществляется межширотный воздухообмен.
Атмосферная циркуляция в тропиках также не является изолированной от внетропической циркуляции.
Частое и интенсивное развитие циклонов и антициклонов внетропических широт приводит к образованию климатических областей низкого и высокого давления, которые хорошо выражены на многолетних картах атмосферного давления. Высокие циклоны и антициклоны простираются в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу, однако в среднем вследствие общего согласованного убывания давления и температуры от низких к высоким широтам в этой части атмосферы преобладает западный перенос.
Выше 20 км атмосферная циркуляция носит сезонный муссонный характер, что обусловлено радиационным балансом стратосферы. Следствием этого является преобладание летом восточного, а зимой западного воздушного течения.
Термин «атмосферная циркуляция» применим также к атмосферным движениям, возникающим над небольшими площадями земной поверхности (местная циркуляция), — береговым ветрам (бризам), горно-долинным ветрам и т. п.
Литосферные круговороты
Благодаря вертикальным и горизонтальным движениям блоков земной коры и магматической деятельности, а также процессам сноса происходит обмен веществ земной поверхности с мантией.
Продукты выветривания коренных пород и биогенные накопления погружаются и превращаются в комплексы осадочных пород.
Еще глубже под влиянием очень высокой температуры и давления, а также воздействия глубинных растворов, осадочные породы подвергаются метаморфизации. На больших глубинах метаморфические породы находятся в состоянии термодинамического равновесия.
Глава 8. Основные этапы развития географической оболочки
Нарушение этого равновесия происходит под влиянием падения давления, или поступает дополнительное тепло при радиоактивном распаде. Все это влечет за собой образование жидкой магмы. Находящаяся под давлением магма, насыщена газообразными продуктами. С изменением давления, она прорывается в верхние слои земной коры и, охлаждаясь, переходит в изверженные кристаллические породы.
Эти породы представлены глубинными интрузиями и излившимися на поверхность лавами.
Со временем происходит разрушение кристаллических пород, на продуктах их выветривания образуются ландшафты – начальное звено нового географического цикла.
Литосферные круговороты проявляются двояко. Во-первых, это действительно перемещение вещества самыми разнообразными механическими путями, что соответствует понятию «круговорот горных пород».
Во-вторых, это изменение вещественного состава перемещаемых или пребывающих в состоянии покоя горных пород (перенос минеральных веществ в земной коре), и такие процессы чаще называют геохимическими круговоротами.
Периодические движения в географической оболочке
Проявляются во многих процессах: тектонических, магматических, осадконакоплений, климатических, гидрологических, и многих других.
Многочисленные факторы говорят о колебаниях климата, которые вызваны изменениями параметров земной орбиты, солнечной активности, приливами и отливами, и др.
Например, хорошо прослеживаются климатические колебания в 35 лет и 1 800 лет. Последний зафиксирован в развитии природы Сахары, где неоднократно чередовались эпохи влажного и аридного климатов.
Периодичность характерна для тектонико-магматических процессов: поднятий и опусканий, землетрясений, складчатых движений, интрузивного и эффузивного вулканизма.
Между ними находятся периоды относительного тектонического покоя – в 50 — 150 млн. лет.
Периодичность прослеживается и в разрезах геологических отложений. В приледниковых озерах накапливается ленточная слоистость. Летом, когда ледник тает, в озеро приносится более крупнозернистый материал, зимой отлагается тонкий глинистый осадок.
Ритмичность и цикличность
Выявление ритмики природных явлений имеет важное значение для их прогнозирования.
ритмичность развития, т.е. повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе Земли выявлены ритмы разной продолжительности — суточный и годовой, внутривековые и сверхвековые ритмы. Суточная ритмика, обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Суточный ритм проявляется в изменениях температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра; в явлениях приливов и отливов в морях и океанах, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, суточных биоритмах животных и человека.
Годовая ритмика — результат движения Земли по орбите вокруг Солнца.
Это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонные особенности в развитии растительности и хозяйственной деятельности человека.
Разные ландшафты планеты обладают различной суточной и годовой ритмикой. Так, годовая ритмика лучше всего выражена в умеренных широтах и очень слабо — в экваториальном поясе.
Большой практический интерес представляет изучение и более продолжительных ритмов: 11-12 лет, 22-23 года, 80-90 лет, 1850 лет и более длительных но, к сожалению, они пока еще менее изучены, чем суточные и годовые ритмы.
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.
Единство и целостность географической оболочки
Потоки воздуха, воды, льда, минеральных частиц и других веществ, а также потоки энергии служат своего рода каналами, связывающими части географической оболочки в единое целое.
Направление движений в географической оболочке определяется градиентами силовых полей, расположением блоков земной коры.
Горизонтальные перемещения воздуха, воды, минеральных частиц и других типов вещества в сотни и тысячи раз превышают вертикальные, таким образом, последние происходят в поле силы тяжести.
Источником переноса воздушных масс, а вместе с ними и других типов вещества служат в большинстве случаев горизонтальные градиенты.
Следовательно, среда географической оболочки анизотропна.
Изотропность – отсутствие выделенных направлений. Все направления одинаковы по своим свойствам. Анизотропна – не изотропна.
Универсальность взаимосвязей в географической оболочке ограничивается и неодинаковой скоростью распространения возмущений, переноса различных типов вещества.
Наибольшая скорость переноса характерна для фотонов излучения (около 300 000 км/ сек). Медленнее всего происходят перемещения блоков земной коры, а также льда. Поэтому, взаимодействия, например, в атмосфере, происходят во много раз быстрее, чем в других сферах.
Единство и целостность географической оболочки усложняет решение проблемы управления природными ресурсами. Это можно объяснить так: воздействие человека на ограниченные районы, на самом деле распространяются на значительные территории, а в конечном счете – по всей географической оболочке.
Изучение связей дает возможность определить относительно обособленные системы и вследствие этого – более удобные для управления.
Таким образом, в географической оболочке наблюдается диалектическое сочетание единства и целостности с одной стороны, и структурности, расчлененности ее на отдельные части (подсистемы) – с другой.
В географическую оболочку энергия поступает из Космоса, недр Земли и выделяется при гравитационном взаимодействии планеты с ближайшими космическими телами — Луной и Солнцем. В зависимости от этого энергетические источники подразделяют на эндогенные и экзогенные.
Эндогенная энергия — это энергия земных недр, которая поступает в географическую оболочку в двух формах: теплового потока (теллурические токи) и путем механических перемещений вещества.
Величина теплового потока в среднем в 10-5 раз меньше потока электромагнитной солнечной энергии (0,06 Дж/м2·с).
Источниками эндогенной энергии являются : гравитационная дифференциация земного вещества по плотности, распад радиоактивных элементов, внутреннее трение масс вещества, неизбежно сопровождающее гравитационную дифференциацию, приливное трение, обусловленное взаимодействием Земли с Луной и Солнцем. Поступление тепла на земную поверхность через гейзеры, вулканические извержения и от других локальных и спорадических источников намного меньше и в общих расчетах обычно не учитывается.
Определенную часть эндогенной энергии составляет солнечная энергия, поступившая на земную поверхность ранее и сохранившаяся в «геохимических аккумуляторах» — горючих полезных ископаемых, горных породах абиогенного происхождения и рассолах, законсервированных в земной коре.
Экзогенная энергия .
Энергия, поступающая на Землю из Космоса, называется экзогенной. В количественном отношении она на 97% состоит из электромагнитного излучения Солнца — солнечной радиации. Вследствие малой изменчивости интенсивности солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, ее поток, рассчитываемый на 1 см2 в минуту, называют солнечной постоянной, которая равна 1,98 кал/(см2·мин), или 8,3 Дж/(см2·мин).
Электромагнитное излучение Солнца содержит широкий спектр волн разной длины.
Наряду с электромагнитными потоками в атмосферу проникает корпускулярный поток заряженных частиц — «солнечный» и «космический» ветер.
Их суммарная энергия в несколько тысяч раз меньше электромагнитной энергии и уступает (в количественном выражении) даже эндогенной энергии. Корпускулярный поток почти полностью поглощается магнитосферой и верхними слоями атмосферы. Его изменчивость, обусловленная пульсациями солнечной активности, вызывает возмущения геомагнитного поля, что отражается на биологических процессах.
Суммарное воздействие эндогенной и экзогенной энергий изменяет вещество земной коры, создает форму и рельеф Земли.
Географическая оболочка стала формироваться с того момента, когда растущая планета приобрела возможность саморазвития, т. е. по завершении в основном аккреационного образования ядра и мантии. Каждая планета начинает в это время создавать свои внешние оболочки, отражающие особенности самостоятельного развития. Для временной оценки событий и явлений далекого прошлого существуют свои методы определения возраста. Первоначально исходили из последовательности залегания горных пород и характера внедрений одних в другие. Затем появилась возможность дать им палеонтологическую характеристику по останкам организмов. Открытие радиологических методов позволило оценить абсолютный возраст земных образований.
Историю Земли подразделяют на два этапа (зона): криптозой (время скрытой жизни) и фанерозой (время явной жизни).
Фанерозой довольно хорошо изучен и на основании палеонтологических материалов, подтвержденных данными других методов, подразделен на эры, периоды и эпохи (табл. 8.1).
Криптозой изучен слабо, особенно его ранние этапы. Общепринято деление криптозоя напротерозой иархей. Время между возникновением планеты и образованием известных ныне горных пород определяют каккатархей.
Фактологических данных о начальном этапе становления географической оболочки практически нет. Несомненно, что земные процессы и явления того времени происходили в условиях интенсивного космического энергетического воздействия, а также бомбардировки метеоритами и другими телами, которые относительно легко достигали земной поверхности при отсутствии существенной атмосферы. Количество твердых разноразмерных объектов в окружающем пространстве было еще значительным из-за неполной упорядоченности вещества допланетного облака. В условиях остаточной атмосферы первичной туманности началось формирование собственно планетных образований. По общим представлениям ученых, подкрепленным и радиологическим материалом, Земля как самостоятельная планета образовалась 4,5-4,7 млрд лет назад.
Предполагается, что в катархее и раннем архее вулканогенные горные породы, вероятно, основного (базальтового) состава создали первичную земную кору, закрывшую ультраосновную пери-дотитовую корку аккрецированной планеты со следами многочисленных метеоритных бомбардировок. Поступающие из недр соединения углерода, серы, аммиака, водорода и других газов и эманации стали замещать постоянно диссипирующую остаточную водородно-гелиевую атмосферу и формировать первичную земную атмосферу, а выделяющиеся при дегазации недр водяные пары и другие жидкости могли конденсироваться и дать начало образованию поверхностных вод гидросферы. В дегазируемом веществе могли находиться и незначительные количества кислорода, который фактически не мог существовать в свободном состоянии и активно соединялся с другими элементами. Конденсация жидкостей из горячих паров скорее всего происходила вблизи земной поверхности и в толщах эффузивных образований, представленных чаще всего лавами, лаво-брекчиями и пеплами.
Таблица 8.1. Стратиграфическая шкала
|
Эратема (эра) |
Продолжительность, млн лет |
Система (период) |
Начало, млн лет |
Продолжительность, млн лет |
Отдел (эпоха) |
Продолжительность, млн лет |
|||||
|
фанерозой (750 млн лет) |
Кайнозойская Kz |
Четвертичный (антро-погеновый) Q | |||||||||
|
Плейстоцен | |||||||||||
|
Эоплейстоцен | |||||||||||
|
Неогеновый N | |||||||||||
|
Палеогеновый Р |
Олигоцен | ||||||||||
|
Палеоцен | |||||||||||
|
Мезозойская Mz |
Меловой К | ||||||||||
|
Триасовый Т | |||||||||||
|
Палеозойская Pz |
Пермский Р | ||||||||||
|
Каменноугольный С | |||||||||||
|
Девонский D | |||||||||||
|
Силурийский S | |||||||||||
|
Ордовикский О | |||||||||||
|
Кембрийский Є | |||||||||||
|
Продолжительность, млн лет |
Эратема (эра) |
Система (период) |
Начало, млн лет |
Продолжительность, млн лет |
Отдел (эпоха) |
Начало, млн лет |
Продолжительность, млн лет |
||||||||||||||||
|
криптозой(докембрий) |
Протерозой Pr |
Верхний (поздний) | |||||||||||||||||||||
|
Нижний (ранний) |
Верхний (поздний) | ||||||||||||||||||||||
|
Нижний (ранний) | |||||||||||||||||||||||
|
Верхний (поздний) | |||||||||||||||||||||||
|
Нижний (ранний) | |||||||||||||||||||||||
|
Азойский (катархейский) | |||||||||||||||||||||||
Рис. 8.1. Схема эволюции географической оболочки
На рис. 8.1 и 8.2 приведены схемы эволюции химического состава атмосферы и форм жизни на Земле. На рис. 8.2 показано также соотношение между содержанием кислорода в атмосфере в разные геологические эпохи и возникновением и количеством жизненных форм организмов (бактерий, растений, животных). Заметим, что схемы исходят из предположения о земном происхождении жизни, которая запаздывает по отношению к абиогенной природе. В настоящее время многие считают, что начальные формы жизни присутствовали с момента аккреции или со времени ее окончания. К тому же новейшие исследования показали наличие остатков живых организмов в породах с возрастом 3,5-3,2 млрд лет, а время начального фотосинтеза установлено на рубеже 3,5-3,8 млрд лет. К этому времени относятся и находки проблематичных остатков жизни.
Многочисленные эксперименты по получению из неорганических элементов органических соединений неоднократно приводили к успеху. Однако всегда из неорганических химических компонентов получались только химические органические соединения без признаков биологической активности. Таким образом, очевидно существование в природе двух принципиально различных типов вещества: минерального атомарно-кристаллического иживого атомарно-организменного. Коренные различия в биологической активности, даже химически одинаковых соединений, свидетельствует об их принципиальной индивидуальности и невозможности перехода минеральных неорганических и органических веществ в биоорганические живые вещества. Поэтому не следует искать на Земле следы начала жизни. Жизнь вечна и имеет свои особые формы существования.
Рис. 8.2. Схема развития органического мира на фоне изменения содержания свободного кислорода (по Б. С. Соколову): 1 - губки;2 - кишечнополостные;3 - гребневики;4 - черви; 5 - членистоногие;6 - моллюски; 7- мшанки;8 - брахиоподы;9 - иглокожие;10 - погонофоры;11 - рыбы;12 - полухордовые;13 - позвоночные (черепные); КСА - концентрация кислорода в современной атмосфере
Реконструкция состава литосферы. Наиболее древние из обнаруженных горных пород с возрастами 3,8-4,1 млрд лет известны лишь в нескольких местах: запад Австралии, юг Африки, восток Южной Америки, северо-восток Северной Америки и юг Гренландии, центр и юго-восток Азии, восток Европы и Антарктида. Наиболее типичными формированиями являются «серые гнейсы», местами подстилаемые «розовыми гнейсами», или гранулитами, с залегающими на них осадочно-вулканогенными отложениями.
Последние хорошо изучены в разрезах юга Гренландии, где они представлены серией Исуа, которая сложена амфиболитами, кремнистыми и карбонатными сланцами с прослоями обломков, полосчатыми железистыми кварцитами с точечными вкраплениями округлых образований окисленного железа, конгломератами с гальками кварцитов, карбонатно-кремнистыми и карбонатными породами. Абсолютный возраст пород серии Исуа и подстилающих их гнейсов составляет 3,8 - 3,7 млрд лет.
Результаты анализа отложений позволяют с разной степенью достоверности утверждать:
наличие в это время на поверхности планеты воды;
развитие эрозионно-денудационной деятельности на суше, поставлявшей обломочный материал в водоемы;
существование разных химических условий осадконакопления, из-за чего сменялось накопление железистых, карбонатных или кремнистых осадков;
появление свободного кислорода, о чем свидетельствуют округлые выделения окисленного железа, что некоторыми исследователями связывается с присутствием фотосинтезирующих организмов;
вкрапления могут быть остатками первичных организмов гетерогенного типа, названных исуасферами;
наличие остатков живых организмов требует признания более раннего существования автотрофной жизни;
начало осадконакопления, видимо, происходило одновременно с остыванием формирующейся земной коры и изменением горных пород (метаморфизмом);
произошла смена состава атмосферы - окончательно исчезла остаточная и возникала первичная земная углекислого состава, что подтверждается химизмом горных пород, изменением степени метаморфизма, спецификой жизнедеятельности;
к моменту начала накопления осадков на Земле уже существовала жизнь в достаточно развитой форме.
Известно, что поверхность молодой планеты получала много тепла из недр благодаря малой мощности земной коры, а также извне - от остаточной атмосферы, водородно-гелиевый состав которой обеспечивал высокие температуры и давления. Поэтому метаморфизм мог происходить непосредственно на поверхности Земли или метаморфический облик являлся исходным для пород того времени. Именно разным прогревом можно объяснить смену «розовых гнейсов» и гранулитов с оригинальными овоидными структурами на «серые гнейсы», а затем на амфиболито-зеленосланцевые породы.
Нахождение остатков организмов в древних осадочно-метаморфизованных породах свидетельствует об их более раннем происхождении и связи с водной средой. Но совершенно не обязательно наличие огромных водоемов. Для процесса жизнедеятельности вполне достаточно водных капель на поверхности суши или в пустотах горных пород. Очевидно, что остатки жизни надо искать не только в осадочных породах, но и в метаморфических разностях, включая гнейсы и граниты. Случаи обнаружения в них организмов науке известны, хотя и вызывают много вопросов. Исследования геологов-нефтяников и специалистов по дегазации Земли свидетельствуют о поступлении из мантийного вещества сложных углеводородов, способных не только объяснять происхождение нефти, но и стать источниками первичных форм жизни.
О наличии жизнедеятельности уже на первых порах развития земной коры свидетельствует факт установления в породах черно-сланцевой формации углерода биоорганического происхождения. Предполагают, что уже 3,2-3,5 млрд лет назад при образовании мощных (до нескольких сотен метров) толщ углистых сланцев почти половина слагающего их углерода возникла за счет гибели живых организмов и углефикации их вещества. Трудно представить необходимое количество микроорганизмов с массой в сотые и тысячные доли грамма, но то, что окружающая среда позволяла им осуществлять активную деятельность, несомненно. Таким образом, еще раз хочется отметить прозорливость В. И. Вернадского и согласиться с его выводом о том, что исследование земного материала не указывает на наличие такого времени, когда не было живого вещества. В геологическом смысле жизнь вечна.
Реконструкции состава атмосферы. Очевидно, что первичная атмосфера, вначале постепенно, а затем относительно быстро (в геологическом масштабе времени) стала замещаться вторичной, где уже преобладали азот и кислород в свободном состоянии. С начала фанерозоя (570 млн лет назад) до середины девонского периода концентрация кислорода составляла меньше половины современной (рис. 8.3). В конце девона - карбоне - вероятно, в связи с интенсивным вулканизмом и бурным развитием наземной растительности, содержание кислорода резко увеличилось, превысив даже современный уровень. На протяжении позднего палеозоя наблюдается снижение содержания О 2 , достигшее минимума на границе перми и триаса. В начале юрского периода отмечено его резкое увеличение, превысившее современный уровень в 1,5 раза. Такая ситуация существовала до середины мела, когда произошло снижение концентрации О 2 до современного уровня.
Не менее контрастно в фанерозое менялось содержание атмосферного СО 2 . В начале фанерозоя оно было 10-кратным по отношению к современному, к началу девона снизилось, а затем, по-видимому, в связи с каледонским вулканизмом стремительно возросло. В последующем наблюдались резкие колебания СО 2 , обусловленные вулканизмом, различной активностью фотосинтезиру-ющих организмов, температурой Мирового океана и состоянием карбонатной системы «атмосфера-океан-донные осадки», являющейся основным поглотителем СО 2 .
Рис. 8.3. Эволюция содержания О 2 и СО 2 и колебаний выбросов вулканического материала К вулк в фанерозое (по М. И. Будыко)
Газовый состав атмосферы, гидросферы и литосферы часто считают функцией лишь жизнедеятельности организмов, главным образом процесса фотосинтеза. Но это не единственный, а подчас, видимо, и не главный источник. При дегазации недр поступают не меньшие количества различных газов, в том числе мантийного кислорода с иным, чем у фотосинтетического, соотношением изотопов. Сравнение содержаний кислорода и диоксида углерода в разные эпохи фанерозоя показывает их сходный характер, что не может быть объяснено фотосинтезом, в процессе которого диоксид углерода расходуется на формирование органического вещества и при этом выделяется избыток свободного кислорода. Если же учесть совпадение эпох повышенных концентраций кислорода и диоксида углерода с периодами орогенеза, тектонических движений и трансформаций земных недр, то их источник становится очевидным. С течением времени в земной атмосфере происходило уменьшение количеств диоксида углерода при возрастании содержаний азота и кислорода, но процесс этот не был постепенным, а носил скачкообразный характер, обусловленный ритмичным проявлением природных процессов.
Реконструкция гидросферы. Установлено, что первичные воды были кислыми из-за активных вулканических процессов и углекислого состава атмосферы, поставлявшей основные осадки. Пресные воды появились позднее, очевидно, в результате резких климатических изменений - ледниковых периодов и межледниковых эпох (рис. 8.4 и табл. 8.2). Одним из самых спорных остается вопрос об объеме земных вод. Очевидно, что изначально не могло возникнуть такого огромного количества воды - не было источника. Кроме того, все первичные водоемы докембрия носили эпиконтинентальный характер - это залитая водой бывшая суша. Современные материалы о строении дна океанов свидетельствуют об их возникновении только с середины мезозойского времени (180-200 млн лет). Довольно убедительны доказательства о происхождении их за счет раздвигания земной коры по зонам рифтогенных разломов с внедрением мантийного вещества основного и ультра-основного составов и одновременным заполнением водами, как атмосферного, так и глубинного генезиса. Процесс продолжается до настоящего времени (рис. 8.5). Для некоторых океанов, например Атлантического (см. рис. 5.5), характерно симметричное расположение пород одного возраста относительно центральной зоны срединно-океанического хребта, для других, например, Тихого (см. рис. 5.4), - более сложное.
С возникновением атмосферы и гидросферы начались выветривание первичных пород земной коры, перенос минерального вещества и образование осадочных пород. В настоящее время известно всего несколько районов выхода на дневную поверхность древнейших горных пород (рис.8.6). Осадочные и магматические породы, попадая в условия высокого давления температуры, превращались в кварциты, гнейсы, сланцы, формируя гранитогнейсовый слой континентальной земной коры. Закладывались фундаменты древних платформ. По мере их развития древнейшие участки земной коры становились щитами, возникали более молодые осадочно-вулканогенные бассейны аккумуляции, которые впоследствии образовали чехол докембрийских платформ. Неоднократное проявление во времени таких процессов привело к современной структуре материков - сочленению платформ разного возраста, отчасти разделенных складчатыми поясами и областями более молодого осадконакопления.
Рис. 8.4. Распределение эпох горообразования и ледниковых периодов за последние 600 млн лет (по Б.Джону и др., 1982). Хронология эпох орогенеза различается в разных странах
Таблица 8.2. Ледниковые периоды в истории Земли (по Б.Джону, Э.Дербиширу, Г.Янгу, Р. Фейербриджу, Дж. Эндрюсу, 1982)
|
Ледниковый период |
Примерный возраст, млн лет |
Примерная продолжительность, млн лет |
Геологический период |
|
Кайнозойский |
Четвертичный и третичный |
||
|
Мезозойский (?) |
Не известна |
Юрский (?) |
|
|
Пермско-каменно-угольный |
Пермский и каменноугольный |
||
|
Позднеордовикский |
Силурский и ордовикский |
||
|
Варангский, или эокембрийский |
Позднепротерозой |
||
|
Стертский, или инфракембрийский I | |||
|
Гнейсеский, или инфракембрийский II |
Средне- и позднепро-терозойский |
||
|
Гуроне кий (вероятно, включает два или три ледниковых периода) |
Раннепротерозойский |
Рис. 8.5. Крупные литосферные плиты (по В.Моргану, 1968): - границы расходящихся плит (цифры показывают скорость спрединга, см/год); - границы сходящихся плит (желоба и цепи альпийских гор); 3 - мантийные струи, или вулканизм «горячих точек»
Рис. 8.6. Главные тектонические структуры Земли (по А.С.Монину, 1977): материки: 1 - древние ядра платформ;2 - щиты;3 - докембрийские платформы;4 - первичные дуги (поясы Альпийского орогенеза, зоны сжатия);5 - офи-олитовые зоны;океаны: 6- контуры срединно-океанических хребтов; 7- рифто-вые долины (зоны растяжения);8 - поперечные разломы;9 - глубоководные желоба; стрелки - направление растяжения
Рис. 8.7. Схема некоторых основных событий в истории биосферы (по В.А.Вронскому, Г.В.Войткевичу, 1997)
Реконструкция органического мира. Быстрое развитие органического мира началось в конце протерозоя - начале палеозоя (хотя наиболее древние следы жизни почти ровесники осадочных пород). Вордовике появились первые представители позвоночных животных - панцирные рыбы. Всилуре растения и животные вышли на сушу, с чем связывают увеличение содержания кислорода в атмосфере, достигшее половины его современного уровня. Произошло оформление озонового слоя, который стал защищать приповерхностные слои Земли от жесткого солнечного и космического излучения. Появление озонового слоя и его роль в жизнедеятельности организмов намного сложнее, чем обычно считается. Во-первых, доказано, что многие организмы, особенно простейшие практически не реагируют на космическое излучение. Во-вторых, в геологических разрезах обнаружены следы достаточно развитых палеопочв с возрастами до 3,1 млрд лет, что свидетельствует о поверхностной жизнедеятельности организмов, участвующих в почвообразовательных процессах. В этой связи к приведенной схеме развития органического мира с указанием критических точек содержания кислорода следует относиться как к одному из возможных вариантов. Приведем еще одну схему некоторых основных событии эволюции географической оболочки, показывающей фактическую идентичность понятийбиосфера в широком смысле игеографическая оболочка (рис.8.7).
Выход сравнительно высокоразвитых организмов на сушу явился революцией в развитии органического мира и всей природы земной поверхности. Многообразие экологических условий на суше стимулировало биологическую эволюцию. Резко возросла масса живых организмов, усилились и приобрели большее разнообразие биогеохимические круговороты.
В девоне четко оформилась дифференциация физико-географических обстановок: появились лесные, болотные и аридные ландшафты, лагунное соленакопление, возникла окислительно-восстановительная контрастность географической оболочки. Скарбона стала отчетливо проявляться географическая зональность, следы которой известны еще с протерозоя.
В мезозое дифференциация и усложнение физико-географических условий продолжались. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла резкая смена животного мира -началось бурное развитие пресмыкающихся (ящеров). Вюре появились покрытосеменные (цветковые) растения, а в мелу они стали господствующими. В конце мелового периода гигантские пресмыкающиеся вымерли. Возникли степи и саванны.
К мезозойской эре относятся крупные изменения в строении поверхности Земли, связанные с мощными расколами земной коры вплоть до верхней мантии, ее раздвижением и образованием океанических впадин. Возникла современная конфигурация континентальных и океанических глыб с высотой суши до 9 км (гора Джомолунгма, 8848 м) и глубинами океана более 11 км (Марианский желоб, 11 034 м). Такой контрастный рельеф появился впервые в истории Земли, что, несомненно, сказалось на функционировании географической оболочки.
События кайнозоя оказали огромное влияние на современный облик земной поверхности. Одним из важнейших событий явилась альпийская складчатость, начавшаяся впалеогене и охватившая большие площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского поясов. Отнеогена ведет отсчет неотектонический, или новейший, этап развития земной коры, который ознаменовался интенсивным поднятием материков: высота суши в неогене и плейстоцене увеличилась в среднем на 500 м. В геосинклинальных поясах образовались молодые горы, испытали повторные поднятия и более древние горы (Тянь-Шань, Урал, Аппалачи и др.).
Рост площади и высоты материков способствовал охлаждению земной поверхности. В Антарктиде с середины миоцена образовался ледниковый покров (в Северном полярном бассейне морские льды и ледники на прилегающей суше и островах возникли значительно позднее). Около ледниковых щитов образовались перигляциальные зоны с холодным сухим климатом и тундрово-степной растительностью.
Последний период кайнозойской эры - четвертичный - называют также антропогеновым (в связи с появлением человека) или ледниковым (в связи с усилением похолодания и распространением ледников на значительных пространствах Северной Америки и Евразии). На Русской равнине ледники достигали 49° с.ш., а в Северной Америке - даже 37° с. ш.
Время, когда ледники занимали большие площади, называют ледниковыми эпохами, когда отступали -межледниковыми эпохами. Современная эпоха -голоцен, наступившая около 10-12 тыс. лет назад, скорее всего, соответствует очередному межледниковью. Об изменениях природной среды за последние сотни тысяч лет можно судить по материалам глубокого бурения ледников (рис. 8.8).
Наиболее примечательный факт в развитии природы за последние миллионы лет - появление человека. Человек относится к семействугоминид и в настоящее время является единственным видом этого семейства. Дифференциация гоминид и обезьян произошла еще волигоцене. Самый ранний известный представитель гоминид -миоценовый рамапитек, его останки были найдены в Восточной Африке, Южной и Восточной Азии. Следующее звено эволюции -плиоценовый австралопитек, находки которого датируются временем от 5 до 1,75 млн лет. Это был предшественник человека.
В плейстоцене появились архантропы (питекантроп, синантроп и др.), принадлежавшие уже к роду человека. Древнейший период в развитии человечества, когда орудия труда и оружие изготовлялись из камня, дерева и кости, называетсякаменным веком. Он продолжался весь плейстоцен и часть голоцена. Человек в этот период своего существования фактически был одним из компонентов биоценоза, мало отличаясь по характеру поведения и воздейтвия на среду обитания от животных: он занимался собиранием растительной пищи, охотился на животных.
Рис. 8.8. Содержание парниковых газов и отклонение палеотемпературы Т от ее современного значения в керне из скважины со станции «Восток» (по данным изотопно-водородного состава льда за последние 160 тыс. лет). Для кривых СО 2 и СН 4 показан разброс данных (В.М.Котляков, 2000)
Ранний палеолит (более 350-400 тыс. лет назад) был временем существования поздних архантропов. Около 350 тыс. лет назад они сменилисьпалеоантропами, илинеандертальцами, широко расселившимися по суше. В это время появились жилища из деревьев и костей, построенные на открытых пространствах, а также распространились ритуальные действия.
На рубеже среднего и позднего палеолита (30-40 тыс. лет назад) появились неоантропы (кроманьонцы), морфологически близкие к современному человеку. Некоторое время кроманьонцы существовали параллельно с палеоантропами. В этот период возникает первая общественно-экономическая формация -первобытно-общинный строй. Способы хозяйствования усложняются: к собиранию растений и охоте на крупных животных добавляются строительство жилищ, использование домашних животных, рыбная ловля, изготовление одежды. В этот период возникло изобразительное искусство. Новейшие археологические раскопки свидетельствуют о более сложной картине развития человека - совместного нахождения неандертальцев и кроманьонцев. Вполне возможно, что последовательность развития человеческого рода, устанавливаемая по одиночным находкам в разных частях мира, характеризует не только временную смену форм, но и отражает их пространственные различия.
Около 10 тыс. лет назад палеолит сменился мезолитом - культурой с еще более сложным хозяйством: появились поселения и человек начал реальное вторжение в географическую среду, постепенно превращая ее из чисто природной в природно-антропогенную.
Примерно 6-4 тыс. лет назад наступил неолит, важнейшей особенностью которого стал переход к оседлому образу жизни и совершенствование отношений человека и общества с природой.
Около 4-2 тыс. лет до н.э. каменный век сменился бронзовым. Широкое распространение получили разведение домашнего скота и земледелие, оказавшие сильное воздействие на природную среду. Обычно применялось подсечно-огневое земледелие: лес выжигался, чтобы освободить место для пашни. В течение нескольких лет после этого естественное плодородие земельного участка истощалось и землю забрасывали, освобождая от леса следующий участок.
В железном веке (2 тыс. лет до н.э.) появляются разнообразные ремесла, связанные с использованием железа, развивается техника, усиливается разделение труда. Первобытно-общинный строй во многих регионах мира вытесняется классовым обществом. Быстро растет численность населения, которая к началу новой эры достигает 200 млн человек. Биологическая эволюция человека перестает быть главной, а ведущее значение приобретает эволюция социальная, связанная с развитием общественных отношений, техники, науки, культуры. Непосредственная зависимость человека от стихийных сил природы уменьшается.
Воздействие человека приводит к перестройке природных ландшафтов: сокращаются площади лесов, увеличиваются пашни и пастбища, появляется орошаемое земледелие, создаются каналы и водохранилища. Особенно возрастает его влияние в XVIII-XIXвв., при переходе к капиталистическим формам хозяйствования. К концуXXв. воздействие человека на природную среду в ряде случаев оказывается сопоставимым с действием естественных процессов и явлений, а по негативным последствиям даже превосходит его. Человек, по выражению В.И.Вернадского, становится геологической (планетарной) силой. Но при этом необходимо помнить, что Вернадский в 1942 г. писал буквально следующее: «Геологическая роль человека выявляется его разумом и его техникой и может быть рассматриваема как все более и более созидательное изменение им окружающей природы». Геологической силой в таком понимании человек до сих пор не стал. Значительный «вклад» людей в окружающую его географическую среду чаще всего носит локальный и реже региональный характер. В глобальном масштабе процессы и явления контролируются естественными силами планеты.
Таким образом, анализ событий позволяет выявить главную закономерность: на протяжении геологической истории Земли наблюдается направленное необратимое изменение географической оболочки. Оно выражается в качественном преобразовании и усложнении ее составных частей: переходе от относительно однообразной жизни к многообразным формам, завершившимся антропогенезом, движении от примитивно-пустынных скалистых ландшафтов к целому спектру ландшафтных зон - разнотемпературных и разноувлажненных, развивающихся на различных высотах и глубинах и охвативших практически все континенты и океаны. Направленное изменение земной коры и рельефа выражалось в увеличении площади платформ, разнообразии строения складчатых зон, возрастании скорости осадкообразования из-за расчлененности рельефа и мощности осадочной оболочки, повышении контрастности рельефа (увеличение высоты континентов и глубины океанических впадин). Географическая оболочка становилась все более сложной и многоликой.
Для географической оболочки характерны также неравномерность развития,периодичность, цикличность иметахронность процессов. Необходимо особо подчеркнуть, что представления о поступательном эволюционном характере развития окружающей нас природы не вполне правильны. Естественные процессы и явления развиваются ритмично, но неравномерно во времени и пространстве, они изменчивы в качественных проявлениях и количественных характеристиках, они то усиливают друг друга, совпадая по конечным результатам своей деятельности, то, наоборот, уничтожают или нивелируют действия друг друга. В результате ход развития Земли и ее оболочек носитпрерывисто-непрерывный характер, который можно назвать эволюционно-революционным прогрессивно направленным на усложнение и совершенствование географической оболочки. В геологической истории нашей планеты выделяются периоды скачкообразных «усилений» и «падений» развития как среди неживой, так и живой природы. Это известные времена расцвета и вымирания организмов, тектонические затишья и периоды активизации земных недр, чередования холодных и теплых эпох, трансгрессий и регрессий и многое другое. Колебательный тип изменений географической оболочки и ее отдельных компонентов происходит на фоне совершенствования географического пространства, а пилообразный характер изменения биоразнообразия - на фоне увеличивающегося количества выживаемых родов и семейств организмов. Таким образом, естественный ход развития нашей планеты пока носит прогрессивный характер, обеспечивающий жизнедеятельность возрастающего многообразия ландшафтов. Трудности функционирования связаны исключительно с социальными аспектами. Так, высказывания о перенаселенности планеты и невозможности прокормить еще один миллиард жителей опираются не на реальные возможности природы Земли, а на желание определенного круга населения. Если речь вести не об избыточном обеспечении жизни, а о биологически и социально допустимом, то продолжающийся рост рождаемости в целом есть свидетельство расцвета географической системы. Природа способна сама регулировать многие процессы и явления, и увеличение рождаемости или популяций организмов есть прямое свидетельство прогресса в развитии.
Географическая оболочка развивается под влиянием разных сил. Внешние силы (солнечная радиация, космические поля и др.) хотя и не оставались неизменными, но все же не менялись направленно (а если и направленно, то в несравнимо ином масштабе времени), поэтому они не могли вызвать направленного развития природы земной поверхности. Направленный характер имело развитие планеты как космического тела (и вместе с ним геотектоническое развитие), что и определило многие закономерности географической оболочки. Большую роль при этом сыграло развитие живых организмов и формирование биосферы.
Немаловажное значение имеет и собственная организация географической оболочки. Возникновение и характер атмосферной и океанической циркуляции, закономерности тепло- и влагообмена, динамики ледников, осадконакопления и многие другие явления обусловливают перемещения огромных масс вещества и формирование геохимической обстановки и ландшафтной структуры.
Эти новообразования в свою очередь становятся факторами последующей эволюции, которая происходит по пути дальнейшего усложнения структуры и процессов в общем направлении от хаоса к порядку.
Специфическую эволюционную роль играют человечество и его деятельность, нацеленная на формирование территориальной и функциональной структуры хозяйства, «пронизывающей» природную среду и оказывающей на нее все большее (нередко разрушающее) влияние. Большое значение имеет культура, которая определяет отношения человека и природы, устанавливает систему человеческих ценностей, и определенных традиций.