Физическая география

Геолого-геоморфологические объекты. Мега- и макроуровень: материки, океаны; горные пояса, платформенные равнины, горные страны, отдельные хребты и горы; возвышенности, плоскогорья, плато, низменности и отрицательные впадины на платформенных равнинах и др. Мезоуровень: холмы, котловины; гряды, овраги, балки, долины и т. п.

Биогеографические объекты: биомы (ландшафтные зоны) и их части – на макроуровне; лесные массивы, луга, поля – на мезоуровне. Микроуровень предусматривает выделение даже таких п. объектов, как дерево.

Это лишь малая часть природных объектов. В действительности же природа поверхности земной коры гораздо сложнее и разнообразнее. Можно сказать так: чтобы озвучить все природные объекты, понадобится время для отдельной лекции.

ЧАСТЬ 2. ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ – ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ ВЫСШЕГО РАНГА

Начальные сведения по теме. Вся совокупность географических (природных, антропогенных, природно-антропогенных) образований, в конечном счете, замыкается природным объектом самого высокого ранга – планетой Земля.

Надо сказать, всякий планетный шар – это природный объект. Впрочем, как и любой спутник, астероид, звезда. Во Вселенной очень много всего… Но суть вопроса заключается в том, что география специализируется только по Земле, и в этом смысле наша планета – не просто природный, а непосредственно географический объект. Марс или Солнце, например, таковыми уже не являются по определению. Именно этот факт и дает нам право изучать Землю (как единое целое) в рамках физической географии – т. е. как единый физико-географический объект, пусть и единственный в своем роде. Хотя многие исследователи выражают скептические соображения по данному поводу: география описывает и анализирует не саму Землю, а ее поверхность. С таким утверждением не поспоришь, однако, земная поверхность – отнюдь не самостоятельная категория. Мы знаем, и из курса философии в том числе, что невозможно изучать внешнее выражение (облик) чего-либо вне связи с внутренними особенностями и свойствами самого объекта в целом и его отдельных частей, а также какими-то внешними факторами, которые всегда есть.

В последнее время наблюдается тенденция, предусматривающая постепенный выход «географии» за пределы Земли и распространение накопленных научных географических знаний и положений на всю Солнечную систему. Но это дело будущего, в настоящее же время система географических наук привязана только к земной поверхности. Возможен и другой вариант: каждой планете будет посвящена своя, скажем так, «графия». Возможные названия таковы: марсография, венерография и др. (по аналогии с географией). Либо полноценно возникнет целая совокупность объединенных, взаимосвязанных наук – планетография, которая свяжет воедино все планеты в аспекте изучения их поверхностей, может быть, ландшафтов, если таковые обнаружат себя, – и не только в Солнечной системе, но и за ее рубежами.

ОСНОВНЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗЕМЛИ

Земля – это планета (по счету – третья, от Солнца). Не всякий астрономический объект имеет право называться планетой. Имеются как минимум три характеристики, по которым возможно отличить планету от какого-либо иного небесного тела: 1) планета движется вокруг звезды; 2) планета имеет форму шара, в приближенном варианте; 3) последний показатель условный: планета отличается относительно большими габаритами (не менее среднего по размеру спутника в пределах Солнечной системы).

Наша планета соответствует всем этим условиям. Отсутствие либо присутствие атмосферного компонента, гидросферы, структура и прочие составные части и функциональные атрибуты – это существенные характеристики, но в этом случае они признаются второстепенными. Главнейшие критерии – вращение по орбите вокруг своего «Солнца» и шарообразная форма. К примеру, в Солнечной системе обнаруживается так называемый пояс астероидов, вмещающий в себя миллионы всевозможных астероидов. Все они обращаются вокруг нашей звезды, и отдельные экземпляры достигают даже размеров крупного спутника, но ни одно астероидное тело не обладает формой шара (если только в очень искаженном виде). В тот же самый момент, например, Луна или Ио (спутник Юпитера) имеют шарообразную конфигурацию, вполне широкие размеры, но вращаются вокруг своих планет, к которым они прикреплены, а не Солнца.

К главным астрономическим чертам Земли (как и всякой планеты) относят следующие пункты: вращение Земли, форма Земли, размеры Земли.

Вращение Земли. Наша планета движется вокруг Солнца по орбите, имеющей форму эллипса (эксцентриситет 0,017). Среднее расстояние от Земли до Солнца – 149,5 млн. км. В масштабах Вселенной это мало.

Каждый год в январе месяце Земля, двигаясь по собственной орбите, приближается на самое короткое расстояние к Солнцу – примерно 147 млн. км. Летом, в июле, планета более всего удалена от своей звезды – приблизительно 152 млн. км. Точка наименее удаленного расстояния от Земли до Солнца именуется перигелием. Точка наиболее удаленного положения называется афелием.

Такая внушительная на первый взгляд разница в дистанции от Земли до Солнца (5 млн. км) не отражается на состоянии планеты. Когда Земля расположена в перигелии, климат не делается теплее, а в афелии – холоднее. Однако, как видно, подобное климатическое постоянство оказывается верным исключительно в рамках первых 5 млн. км (примерно). И абсолютно ясно, что различие, к примеру, в 15 млн. км уже причинило бы ощутимый ущерб физико-географической обстановке на Земле. Такая филигранная выдержка дает возможность Земле существовать и в полную силу развиваться уже очень много миллионов лет.

Средняя скорость движения планеты вокруг Солнца – немного меньше 30 километров в секунду. Что интересно, чем ближе Земля подступает к Солнцу, тем больше делается скорость ее вращения по своей орбите. И наоборот: с увеличением расстояния от Солнца скорость постепенно замедляется. Но опять-таки, подобная разница в скорости не оказывает какого-то масштабного воздействия на планету – во-первых, данный процесс осуществляется плавно, а во-вторых, разброс тут условно небольшой. Полный оборот Земля производит за 365 дней и несколько часов.

Земля движется не только вокруг Солнца, но и вокруг собственной оси. Земная ось – в целом умозрительное понятие. В глубинах Земли нет какого-либо каменного или металлического прута, который тянется сквозь толщу планеты от полюса к полюсу. Но существует мнимый «стержень», весьма стабильный (несмотря на явления нутации), вокруг которого Земля за 24 часа делает полный оборот. Данный факт определяет смену дня и ночи.

Земная ось не перпендикулярна плоскости земной орбиты. Угол между осью и плоскостью орбиты Земли составляет 66,5°. Следовательно, ось отклоняется от перпендикуляра на 23,5°. Эта особенность вместе с орбитальным движением дает возможность планете поочередно «подставлять» Солнцу то Северное полушарие, то Южное. Данное обстоятельство устанавливает смену сезонов.

В некоторых сетевых источниках говорится о 23,5° – якобы под таким углом расположена ось Земли относительно плоскости земной орбиты. Если бы это было действительно так, то в таком случае в Антарктиде росли бы пальмы, а воды Арктического океанического бассейна были бы такими же теплыми, как воды Индийского океана. В реальности, само собой разумеется, под таким углом лежит плоскость экватора к плоскости земной орбиты, но никак не ось. Это во-первых. Во-вторых, 23,5°, как было сказано выше, – это уровень отклонения земной оси от перпендикуляра плоскости орбиты Земли.

Угол наклона, конечно, обратимо изменяется в течение года и нескольких десятилетий – под воздействием различных внешних (космических) факторов. Перманентные малые колебания угла наклона земной оси к плоскости земной орбиты называются нутацией. Данное явление преимущественно сопряжено с влиянием на Землю Луны. Такие колебания оси по причине своей «малозначимости» не приводят к каким-либо отрицательным трансформациям в структуре природы Земли, посредством климата. Отмечаются лишь некоторые смещения, не оказывающие кардинального влияния на смену времен года, как и на сам климат.

Наблюдается еще одно любопытное явление, которое связано с осью Земли, – прецессия. Таким термином обозначают медленное и плавное конусообразное движение оси. Его можно объяснить следующими моментами. Так называемая экваториальная выпуклость Земли всё время ощущает на себе тяготение со стороны Солнца. Данное притяжение стремится как бы выпрямить положение земной оси, сделать ее перпендикулярной плоскости земной орбиты. Но по причине движения Земли вокруг собственной оси, Солнце оказывается не в состоянии совершить такое действие. При этом ось Земли, сопротивляясь силе Солнца, описывает конус.

Данное явление – чисто астрономическое. Из-за прецессии осеннее и весеннее равноденствия каждый год наступают немного раньше, чем в предыдущем году.

Если мы в абстрактном плане совместим нутацию и прецессию, то их общий геометрический рисунок будет являть собой конус, круг которого обладает неровным контуром, отдаленно напоминающим кардиограмму.

Форма Земли. Наша планета со стороны Космоса смотрится как обыкновенный шар. Но так как Земля вращается вокруг своей оси, она, само собой, «слегка» приплюснута у полюсов. Полюсное сжатие невооруженным глазом заметить невозможно. Но если бы земной шар вращался вокруг собственной оси со скоростью, превосходящей нынешнюю скорость хотя бы в двадцать раз, то планета в профиле приняла бы очертания типичного эллипса. Никто не может сказать доподлинно, что случилось бы с Землей в этом случае, но абсолютно очевидно, что климатическая (гидрометеорологическая) и тектоническая системы работали бы уже в несколько другом варианте.

Полюсное сжатие Земли дает нам возможность называть ее фигуру сфероидом (т. е. эллипсоидом вращения). Но истинная конфигурация нашей планеты далека не только от шара, но и даже от сфероида.

Всё дело в том, что сфероид и шар – это геометрические фигуры, имеющие идеальную поверхность. Земля же в этом плане совершенно не безукоризненна: поверхность континентов испещрена неровностями мега- и макроуровня – горными странами и равнинами разной высоты и морфологии, и в том числе – отрицательными равнинами (впадинами). По этой причине в профиле Земля обладает чрезвычайно неидеальной формой. Можно предположить, что водная поверхность океанов не зависит от тектонического рельефа. Да, это в целом правильно, но и в данном случае всё не так, как нам кажется. В определенных частях поверхность Мирового океана прогибается относительно соседних акваторий; в других частях – поднимается над приграничными акваториями. Данное явление сопряжено, по всей видимости, с влиянием на океаны двух противоположно устремленных видов энергетического воздействия на Землю – силы тяжести и притяжения со стороны Луны и/или Солнца.

Точнее всего форму Земли передает геоид – фигура, у которой поверхность совпадает с усредненной поверхностью океаносферы (в состоянии штиля), мысленно продолженной под материками. Геоид имеет схожие черты со сфероидом, но отличается от последнего тем, что характеризуется неровной поверхностью. Большой вклад в «неправильность» геоида вносит неравномерное распределение масс внутри земного шара.

Для анализа ландшафтных процессов и с позиций физико-географического районирования настоящая форма планеты не имеет принципиального, решающего значения. Для любых исследований природы вполне хватает знаний о том, что Земля пускай и не являет собой идеальный шар, но в любом случае она обладает шарообразной фигурой.

Можно, конечно, в течение долгого времени рассуждать на какие-то умозрительные темы, связанные с формой Земли. Например, что стало бы с нашей планетой, если бы она в процессе геологического и геодезического становления приобрела кубическую форму или пирамидальную, а также коническую, цилиндрическую, параллелепипедную и так далее. Но это всё можно отнести к таким теориям, которые не имеют под собой никакого научного фундамента. Подобные попытки связаны только с тем, что человеческий ум обладает способностью абстрактно мыслить и живо фантазировать, создавая нереальные образы окружающего мира, порою очень завораживающие.

Размеры Земли. Достаточно небольшие по отношению к таким гигантам Солнечной системы, как Юпитер, Сатурн и уж тем более Солнце. Наша планета в сравнении с Солнцем мала в такой же степени, в какой мало зернышко мака относительно апельсина. Другими словами, Земля характеризуется оптимальными габаритами – достаточными для существования человеческого общества и недостаточными для того, чтобы быть еще одним огромным шаром, не имеющим признаков жизни и «безысходно» «блуждающим» вокруг своей звезды.

Земля обладает такими параметрами. Экваториальный радиус – 6 378,2 км, полярный радиус – 6 356,9 км. Полярное сжатие, как было сказано выше, объясняется вращением планеты вокруг собственной оси. Разница в 21 км в практическом плане не отражается на правильном функционировании географической оболочки.

Длина экватора – 40 074 км, длина любого меридиана, проведенного через полюса по полной окружности – 40 008 км. Площадь поверхности Земли равна, таким образом, 510 млн. кв. км.

Подводя итоги всего того, что было сказано ранее, следует еще раз заострить внимание на том, что абсолютно все астрономические, геофизические и геодезические качества, которыми характеризуется земной шар, подобраны так, чтобы на нем могли существовать и адекватно функционировать гидросфера, атмосфера, а следовательно, и жизнь.

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Земля, как и остальные планетарные шары Космоса, составлена концентрическими оболочками, которые называются геосферами. В принципе, слоистостью обладают почти все природные объекты во Вселенной. И на Земле тоже в системе органической и неорганической природы практически каждый природный объект имеет слоистое строение – как обычный камень, так и дерево. Судя по всему, слоистость является всеобъемлющей чертой структуры подавляющего большинства натуральных материальных образований.

Вещественные компоненты нашей планеты существуют в четырех агрегатных фазах: твердой, жидкой, газообразной, плазменной. В ходе анализа физико-географических особенностей эпигеосферы Земли плазменное состояние редуцируется (т. е. значимость данной фазы снижается фактически до нуля). И в таком случае мы можем утверждать, что земной шар заключает в себе твердую часть, жидкую часть и газообразную.

Твердая Земля охватывает наибольшую долю массы и объема планеты и ограничивается поверхностью земной коры (литосферы) – на суше и под водой Мирового океана.

«Твердая» Земля

Данная часть Земли составлена тремя геосферами: земной корой, мантией и ядром.

Земная кора вместе с верхней частью верхней мантии (до астеносферы), именуется литосферой. Однако очень часто под термином «литосфера» подразумевается лишь земная кора – т. е. без верхней части верхней мантии. Подобная дефиниция не является полноценной: если мы говорим непосредственно о литосфере, то надо учитывать, что в данном случае земная кора объединяется в функциональном плане с озвученной выше частью мантии, составляя с ней, по сути, единое целое – в динамическом отношении. Как раз верхняя мантия и заключает в себе основополагающие источники энергии для существования азональных процессов – внутри земной коры и соответственно на ее поверхности. Это очень важный факт для понимания тектоники Земли в ракурсе физико-географического подхода.

Строение земной коры. Кора Земли обнаруживает себя в четырех вариантах: 1 – континентальная (материковая) кора; 2 – океаническая; 3 – кора переходного (промежуточного, геосинклинального) типа; 4 – рифтогенная.

Континентальная кора составляет тела материков (вместе с их подводными окраинами) и соседствующих с ними континентальных островов. Из коры океанического типа состоит ложе Мирового океана. Геосинклинальная земная кора присуща переходным зонам. Данный тип специалисты, как правило, разделяют на два подтипа:  субматериковая и субокеаническая. Рифтогенная кора образует срединно-океанические хребты (СОХ).

Материковая земная кора. Она толще океанической коры – по той причине, что последний тип выделяется отсутствием «гранитного» слоя. Максимальную мощность материковая кора наращивает под горами, которые обладают мощными «корнями» и сами по себе сильно возвышаются над поверхностью Мирового океана. «Корни» гор практически зеркально воспроизводят пластику их внешнего выражения.

Континентальная кора Земли составлена тремя слоями: осадочным, «гранитным», «базальтовым».

Граница осадочного слоя (стратисферы) с атмосферой образует дневную поверхность. На древних кристаллических щитах докембрийских платформ данного слоя практически нет (там он представлен тонким «покрывалом» горных пород четвертичного возраста – «мощностью» в несколько сантиметров). Т. е. щиты являются местами подступа к поверхности «гранитного» слоя Земли, основательно метаморфизированного и составленного горными породами докембрийского возраста, смятыми в сложные и мелкие складки. Осадочный слой содержит в себе пласты осадочных пород разного происхождения, а также возраста, кроме докембрийского. Все эти минеральные породы «выпали» осадком на земную поверхность в водной и воздушной среде, или образовались вследствие тех или иных химических процессов и накопления органических компонентов природы.

«Гранитный» слой, конечно, содержит в себе не только гранит, но и кристаллические сланцы, гнейсы и др. минеральные образования. Таким образом, он состоит из магматических и метаморфических горных пород.

При проведении различного рода исследований «базальтового» слоя ученые испытывают весомые затруднения. Самая мощная скважина не достигла пока еще и глубины 13 километров. Такого километража совершенно не хватает не то что для досконального освоения «базальтового» слоя Земли, но и даже для «гранитного».

Изучение земных толщ при помощи электромагнитных средств свидетельствует о том, что «базальтовый» слой образован породами, которые приближены по своему составу и физическим свойствам к базальтам. Они являются магматическими по своему происхождению, но намного в большей степени метаморфизированы, чем минеральные породы вышележащего (гранитного) слоя.

Базальтовый слой от мантии отделяет так называемая граница Мохо. В ее пределах фиксируется скачкообразное увеличение скорости прохождения сейсмических колебаний.

Материковая кора Земли обладает толщиной 50 километров (среднее значение). На платформенных равнинах – от 30 до 40 км, в пределах горных систем – до 70 км. Для сопоставления: кора океанического типа – от 5 до 10 км.

Толщина осадочного слоя континентальной земной коры колеблется в пределах от 0 до 25 км. Остальная мощность земной коры данного типа предоставлена «гранитному» и «базальтовому» слоям.

Мантия. Эта область в еще большей степени труднодоступна для человека, чем слои земной коры. Мантия охватывает примерно 83% объема Земли (а земная кора – всего 1%). Мантийные толщи контактируют непосредственно с земным ядром – на глубине примерно 3 тыс. километров от поверхности Земли. Всю мантию возможно разделить на верхнюю, среднюю и нижнюю. О последних двух частях сказать что-либо значительное и существенное в практическом плане не представляется возможным. Имеется гипотеза, что они существуют, находясь в кристаллическом состоянии. В верхней мантии обнаруживается разжиженная, вязкая оболочка – астеносфера; по ней дрейфуют литосферные блоки (т. н. плиты), вместе с континентальными массивами земной коры.

Ядро. Это центральная сфера «твердой» Земли. Охватывает 16% объема планеты. Ядро содержит в себе две части – внешнюю и внутреннюю. Внешнее ядро – вязкое. Внутреннее (субъядро) – твердое. Диаметр ядра – 7 тыс. километров (внутреннего ядра – 4 400 км).

Теоретически земное ядро составлено никелистым железом. Приблизительно таким же химическим составом характеризуются железные метеориты. Но есть и другая точка зрения, согласно которой ядро в целом состоит из тех же веществ, что и мантия, но составные компоненты ядра из-за высокой внутриземной плотности существуют в качественно ином состоянии – металлизированном.

Следует сказать, что температура земного ядра равна 10 000 К. Это выше, чем температура верхних слоев Солнца.

Подводя итоги, нужно заметить, что вещественное состояние «твердой» Земли попеременно изменяется – от твердого к «жидкому» и обратно: литосфера твердая, астеносфера «вязкая», нижняя мантия твердая, внешнее ядро расплавленное, внутреннее ядро твердое. По этой причине данную (твердую) часть планеты Земля имеет смысл дифференцировать на пять ступеней (стадий), которые сменяют друг друга по фазовому (агрегатному) состоянию.

Гидросфера («жидкая» Земля)

95% гидросферы занимают воды Мирового океана. По этой причине гидросферой зачастую называют исключительно океаносферу, игнорируя другие составные элементы данной оболочки – воды суши и ледниковые массивы. Такой подход является не совсем правильным, а точнее – совершенно неприемлемым. Водные объекты на суше и ледники – неотделимая часть гидросферы, потому что они обладают сформированностью, т. е. существуют в сконцентрированном состоянии, которое приобретено ими в итоге заполнения какого-либо углубления в грунте либо в подземной емкости, а также в ходе замерзания воды и уплотнения снега (ледники).

По существу, вода находится во всех земных средах – в атмосфере, в горных породах, в органическом материале. Воздушную влагу определяют в качестве рассеянной гидросферы, грунтовую – погребенной гидросферы; а воду, присутствующую в растениях и животных, называют биостромной гидросферой. Но данные составляющие невозможно причислить к гидросфере в полной мере, и одна из причин этого заключается в том, что такая вода находится в рассеянном или связанном состоянии. Хотя подобное представление в любом случае является очень условным, и существует оно только для того, чтобы при изучении природы Земли не испытывать определенные трудности.

Гидросферу невозможно поделить на отчетливые сферы, как «твердую» часть земного шара. В состав гидросферы включены Мировой океан вкупе с морским льдом (подвижным и неподвижным), воды суши (наземные и грунтовые, включая поверхностный и подземный лед) и собственно ледники (покровные, горные).

Атмосфера («газообразная» земля)

Атмосфера – наружная оболочка Земли (эписфера), которая почти на 100% (99,99%) состоит из различных газов.

Данная сфера Земли резко начинается там, где минеральные породы земной коры и вода гидросферных объектов выходят к солнечному свету. Никаких долгих и мягких переходов между твердой землей, водой и воздухом нигде не обнаруживается: по отношению друг к другу эти три среды чересчур контрастны (по критерию агрегатного статуса).

Воздух, находящийся в полостях грунта (в пещерах и пр.), либо вообще не причисляют к атмосфере в принципе, либо относят его к «погребенной» атмосфере.

Широко распространена в научном мире дифференциация атмосферы на слои, определяемая по изменению температурного фона воздушной среды с увеличением высоты. Менее популярна дифференциация атмосферы на слои, устанавливаемая по трансформации газового состава, который с высотой так же претерпевает определенное преобразование, как в целом и другие характеристики воздушной среды (и вообще всякой среды в природе).

Таким образом, атмосферу по первому пункту (изменение температуры) возможно поделить на пять слоев: тропосферу стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Тропосфера по-другому именуется климатосферой: климат создается в границах данного слоя, напрямую контактирующего с дневной поверхностью. В высоких широтах тропосфера обладает мощностью 10—12 километров, в тропико-экваториальном пространстве доходит до высоты 16 километров. Температурный фон понижается с возрастанием высоты (0,6° С на каждые 100 метров). Выше тропосферы находится переходный слой – тропопауза, «изолирующий» тропосферу от вышележащего слоя – стратосферы. Температура в пределах тропопаузы составляет от -56 до -80° С.