Физическая география
Магнитное поле Земли. Это невещественная (энергетическая) оболочка Земли, производимая веществом внутри Земли – на границе мантии и ядра. Одно из нескольких предположений объясняет существование магнитного поля вокруг нашей планеты кольцевыми электрическими токами, возникающими во внешнем ядре.
Магнитное поле распространяется от земной поверхности на высоту примерно 100 тыс. километров (это несколько радиусов Земли). До высоты 44 тыс. километров данное поле плавно убывает, от 44 тыс. до 80 тыс. км оно проявляет неустойчивость, и уже на высоте 90 тыс. км магнитное поле лишается возможности захватывать частицы, обладающие электрическим зарядом.
Основная роль магнитного поля Земли заключается именно в отклонении (т. е. в захватывании) заряженных частиц (протонов и электронов), распространяющихся с огромной скоростью в сторону нашей планеты от атмосферы Солнца – в совокупном корпускулярном потоке солнечного ветра. На небесном теле, которое не находится под защитой магнитного поля, теоретически появление высшей жизни невозможно: сильный поток заряженных частиц губительно влияет на органические формы материи и сбрасывает со счетов саму вероятность появления жизни. Но такое воззрение, само собой, является предположением, а не доказанным фактом.
Магнитное поле прикрывает нашу планету не только от пагубного для нас солнечного ветра, но и от общего космического излучения, движущегося к Земле из глубин Мироздания.
Геомагнитное поле не является стабильной энергетической оболочкой. Его состояние периодически меняется. Краткосрочные изменения (возмущения) сопряжены с воздействием радиации Солнца на данное поле; долгосрочные инверсии связаны с изменением скорости и направленности процессов, которые происходят на рубеже земного ядра и мантии.
Краткосрочные усиления («порывы») солнечного ветра, который выбрасывается в космическое пространство солнечной короной, порождает мощные возмущения («всплески») в геомагнитном поле – магнитные бури. Они, как правило, продолжаются от нескольких часов до нескольких дней. «Порывы» солнечного ветра образуются и при вспышках в солнечной хромосфере, энергия которых распространяется на солнечную корону. С геомагнитными бурями связывают еще полярные сияния.
Геомагнитное поле изменяет собственную полярность с определенной периодичностью (период – от 100 тыс. до 1 млн. лет). Смена магнитных полюсов провоцирует прекращение существования магнитного поля – на несколько тысяч лет. Само собой, в то время, когда магнитного поля у Земли нет, солнечный ветер беспрепятственно заходит в атмосферу и достигает поверхности Земли. При этом защитный озоновый слой исчезает, и ультрафиолетовые лучи получают возможность свободно воздействовать на биосферу. Это усугубляет ситуацию. Поголовная и быстрая гибель некоторых животных в определенных геологических эпохах, предположительно, сопряжена именно с тем, что северный магнитный полюс и южный магнитный полюс периодически менялись местами.
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ (И ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ)
Всю историю формирования нашей планеты и, следовательно, эпигеосферы (от самого начала до сегодняшнего состояния) возможно разбить на три больших периода (этапа): добиогенный, биогенный, антропогеновый.
Добиогенный этап развития Земли. Первичная материя (праматерия) заключала в себе вещество, из которого, спустя какое-то количество миллиардов лет, образовались все астрономические объекты, включая Землю.
Земля возникла примерно пять млрд. лет назад – из крупиц так называемого газопылевого облака, из которого образовались и остальные планеты Солнечной системы, включая и само Солнце. В ходе вращения данного облака крупицы его вещества ударялись друг об друга, сплачивались и таким образом увеличивались – за счет объединения. В конечном счете, это облако дифференцировалось на несколько самостоятельных газопылевых вихрей, индивидуальное вращение которых в итоге окончило начальную фазу образования планет (и Земли в частности) и Солнца.
Так уплотнялись и укрупнялись отдельные планетарные сгустки. Данный процесс происходил в течение от 200 до 500 млн. лет. Но образовавшаяся Земля была только в геодезическом отношении приближена к своему сегодняшнему варианту. По другим же показателям наша планета серьезно отличалась от той версии, которую мы знаем на данный момент времени.
Гравитационная энергия медленно разъединяла материал, из которого состоит Земля, – на протяжении какого-то количества миллиардов лет. Тяжелые элементы опустились к центральной части планетарного тела и сформировали ядро, сравнительно тяжелые элементы построили мантийную оболочку и земную кору, а легкие – гидросферную оболочку. Из наиболее легких частиц вещества была образована атмосфера, являющаяся физическим смешением различных газов.
По этой причине после окончания процесса гравитационной дифференциации, наша планета являла собой «безупречную» модель – в ракурсе гравитационного распределения вещественного материала. Иными словами, вся поверхность земного шара тогда была жидкой, т. е. представляла собой воду сплошного Мирового океана.
Позже, когда планета встала на биогенный этап эволюции, внутреннее развитие мантии и ядра послужило началом для серии энергопотоков, которые значительно подняли дно первичного всеохватывающего Океана над водной поверхностью. Таким образом сформировалась суша, которая была представлена одним-единственным гигантским образованием (сегодня он называется в основном Пангеей), окаймленным со всех позиций акваториями древнего океана Панталасса.
Биогенный и антропогеновый этапы развития Земли. Первые примитивные формы жизни (микроорганизмы) возникли, гипотетически, в конце архея (но это не доказано). Древний Океан к началу той эры по своему статусу близко подошел к современному варианту – в достаточной мере опреснился, обогатился всеми необходимыми элементами и освободился от лишних, капитально аэрировался (насытился воздухом).
На смену биогенному этапу пришел антропогеновый, который продолжается и в наши дни. Его начало совпало с появлением на Земле первых людей – со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Структура геохронологической шкалы (основные черты). Наиболее верное и четкое представление об эволюции земного шара дает геохронологическая шкала. В соответствии с ней геологическая хронология природных событий на Земле разделяется на четыре колоссальных по времени интервала, которые именуются эонами. Выделяют следующие эоны: доархей, архей (AR), протерозой (PR), фанерозой.
В данной схеме архей и протерозой сливаются в единый геологический отрезок, который мы называем криптозоем, или докембрием. По существу, криптозой можно считать мегаэоном. В те далеко отстоящие от нас времена Земля была почти бессодержательна в аспекте жизни.
Нужно сказать, что доархей к докембрию не присоединяется: доархей – отдельный эон (о нем позже).
Фанерозой ознаменовался стремительным появлением первичных развитых (в той или иной степени) органических форм – резким приумножением их количества и видового многообразия. До того момента были исключительно простейшие организмы (микроорганизмы). Данный этап развития продолжается и сегодня – мы живем во время фанерозоя. Подойдет к своему логическому завершению он, по всей видимости, тогда, когда наша планета возвратится к абиогенной стадии. В теоретическом плане подобное событие вполне возможно, но в практическом отношении всё не так просто.
Возникает проблема: если докембрий мы обозначаем в качестве мегаэона, то по какой причине фанерозой в научном мире не позиционируется в подобном качестве?.. Здесь вся суть вопроса заключается в том, что докембрий – законченная стадия, которая длилась очень долгое время (несколько миллиардов лет), а фанерозой еще не завершен, и его возраст включает в себя всего лишь несколько сотен миллионов лет. Один этот факт свидетельствует, что фанерозой пока еще нельзя считать мегаэоном. Через то или иное количество миллиардов лет, если полноценные формы органической материи всё-таки останутся на Земле, фанерозою можно будет присвоить статус мегаэона.
Эоны делятся на эры. Что касается доархея, то здесь дело обстоит следующим образом. Это древнейший эон. Он вступил в свои права с самого начала появления Земли как геодезически сформированного небесного тела. Какое количество времени он существовал и какие конкретно природные процессы протекали на Земле в ту эпоху, мы не ведаем в полной степени, и именно по этой причине данный отрезок времени на эры не разделяется.
А вот архей уже характеризуется тремя эрами: ранний архей, средний архей, поздний архей. В данные временные интервалы образовались гидросферная оболочка и земное ядро, появились на свет первые простейшие организмы.
Протерозой заключает в себе две эры: ранний протерозой, поздний протерозой, или рифей (RF). В протерозое атмосферная оболочка усиленно формировалась, насыщалась кислородом, а на суше развивались орогенные пояса и микроорганизмы.
Фанерозой разделяется на три эры: палеозойская (PZ), мезозойская (MZ), кайнозойская (KZ). Данные эры установили зарождение и дальнейшее развитие растений и животных. В конце кайнозойской эры появился человек.
Все эры содержат в себе определенные периоды. В палеозое – шесть периодов: кембрийский (E), ордовикский (O), силурийский (S), девонский (D), каменноугольный (C), пермский (P).
В мезозое насчитывается три периода: триасовый (T), юрский (J), меловой (K). В кайнозое – тоже три периода: палеогеновый (Pg), неогеновый (N), четвертичный, или антропогеновый (Q). В науке четвертичный период считается временем появления человека и развития человеческого общества. Оттого этот геологический этап именуется еще антропогеновым.
Периоды кайнозойской эры включают в себя эпохи. В палеогене – три эпохи: палеоцен (P1), эоцен (P2), олигоцен (P3). В неогене – две эпохи: миоцен (N1), плиоцен (N2). В антропогене – так же две эпохи: плейстоцен (Q1), голоцен (Q2).
Итак, современный человек существует в эпоху голоцена.
Представленная выше геохронологическая система располагает и иной вариацией. В альтернативном плане геологическая история нашей планеты разделяется на три эона: дорифей, рифей, фанерозой.
В дорифей включается архейская эра и ранний протерозой. Архейская эра не содержат в себе каких-либо периодов, а протерозойская эра в этом варианте членения составлена следующими периодами: нижний и средний (т. е. ранний) протерозой; нижний рифей, средний рифей, верхний рифей, завершающий рифей (венд).
Таким образом, в рифейский эон включены четыре крайних периода протерозойской эры – от нижнего рифея до венда включительно.
Эон фанерозой включает в себя три эры: палеозойская, мезозойская, кайнозойская. Периоды данных эр называются так же, как и в иной схеме, которая была описана ранее; и порядок периодов – от кембрийского до антропогенового – абсолютно сходится.
В отдельных случаях представление об «эоне», образно выражаясь, сводится к нулю. В соответствии с таким подходом можно говорить об архейской эре, протерозойской, палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Такой взгляд считается упрощенным (в положительном смысле слова), и он успешно применяется для первичного освоения геохронологических отрезков эволюции нашей планеты.
Антропогеновый этап, во время которого на природные системы стал оказывать влияние человеческий фактор, возник сравнительно недавно. За этот в целом не очень крупный временной отрезок социум пока еще смог достигнуть такого положения вещей, когда деятельность человека в состоянии сильно и негативно повлиять на мощнейшие факторы природы – на осевое и орбитальное вращение Земли, климатический режим, внутриземные процессы и др.
Само собой, навлекает на себя много нареканий и естественных опасений ядерные и климатические виды оружия, применение которых может породить каскад катастрофических последствий и дальнейшее развитие апокалиптического сценария с последующей постапокалиптической эрой.
Антропогеновый этап, по существу, вписывается в биогенный этап развития Земли. Однако своеобразие данного геологического интервала до того неповторимо, что не предоставить ему исключительное положение было бы неправильно.
Эры, периоды и складчатости. Классическая схема
ЭРА (продолжительность)
Архейская, AR (более 1000 млн. лет)
Протерозойская, PR (2000 млн. лет)
Палеозойская, PZ (330 млн. лет)
Периоды палеозоя:
завершение байкальской складчатости (конец протерозоя – начало кембрия)
Кембрийский, E
Ордовикский, O
Силурийский, S
Девонский, D
завершение каледонской складчатости (середина кембрия – середина девона)
Каменноугольный (карбон), С
Пермский, P
Мезозойская, MZ (165 млн. лет)
Периоды мезозоя:
завершение герцинской складчатости (конец девона – начало триаса)
Триасовый, Т
Юрский, J
Меловой, K
Кайнозойская, KZ (65 млн. лет)
Периоды кайнозоя:
завершение мезозойской складчатости (юра – ранний кайнозой)
Палеогеновый, P
Неогеновый, N
Четвертичный, Q
Поверхность Земли
СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ «ПОВЕРХНОСТЬ»
Начать следует с того, что любой небесный объект может состоять из веществ, находящихся в трех агрегатных состояниях, которые всем хорошо известны еще со школьной скамьи, – в твердом, жидком и газообразном. В природе наблюдается еще четвертое состояние – плазменное – но оно в таком понятии, как «поверхность», никакого участия не принимает.
Продолжая мысль об агрегатных качествах, следует отметить, что в Космосе и, в частности, в Солнечной системе, вещество планет в плане агрегатного состояния не находится в какой-то перемешанной, хаотичной форме. Всегда есть четкие агрегатные границы между взаимно контрастирующими вещественными средами, из которых состоят планеты и их спутники. Вещества, сходные по своей фазе, всегда собираются в «одном месте» и образуют оболочку – твердотельную, жидкую и газовую (т. е. в процессе развития космического объекта происходит дифференциация его вещества: все легкие элементы стараются отдалиться от центра – поднимаются вверх; а тяжелые стремятся занять центральное положение – опускаются вниз).
Именно такие агрегатные рубежи (между оболочками), или зоны контакта оболочек, и называются поверхностью космического объекта.
В связи с тем, что вещество может находиться в трех агрегатных фазах, выделяют следующие зоны контакта контрастирующих сфер: твердое-газообразное, жидкое-газообразное, твердое-жидкое. Следовательно, мы различаем три типа поверхности:
твердая сухопутная (зона контакта твердой минеральной основы с той или иной газовой оболочкой);
жидкая поверхность (зона контакта жидкой оболочки с газовой);
донная поверхность (зона взаимодействия твердой минеральной донной основы с жидкой средой).
На Земле представлены все три варианта, причем в самом что ни на есть полноценном виде: поверхность суши, поверхность Мирового океана и вод суши, дно водоемов. Но есть планеты, где вообще нет никаких жидкостей или твердых минералов.
Также в космическом пространстве есть образования, у которых твердая поверхность контактирует непосредственно с межпланетным пространством – это в основном астероиды, т. е. космические объекты, не имеющие никакой атмосферы. Такие поверхности имеют, конечно, особый статус.
В данном вопросе многое зависит от сочетания температуры и давления. На Земле, например, вода – жидкая, а горные породы – твердые. Но где-то в глубинах Космоса физико-механическая обстановка сильно отличается от земной. Теоретически возможны даже варианты лавовых океанов (океан из расплавленных минеральных пород) – при очень высоких температурах и определенном давлении, и паровых атмосфер (газовая оболочка состоит целиком из пара, может быть водяного, с незначительными примесями других газов).
И наоборот, жидкости, характерные для Земли, при очень низких температурах на других планетах могут сформировать твердые поверхности, возможно, из водяного льда (а мы знаем, что лед может образовываться не только из воды, но и из других жидкостей).
Надо сказать, что такой вид поверхности – ледяной – представлен в настоящее время и на Земле, в зонах распространения сухопутных ледников и ледяных покровов на водоемах и водотоках (морской лед, озерный, речной).
Это еще один тип твердой поверхности, который обладает особенным положением. При этом зона контакта льда и твердой минеральной базы, а также льда и жидкости, которую этот лед сковывает, не принимается во внимание. Отсюда проистекает еще один любопытный нюанс – поверхность любого астрономического объекта всегда обращена наружу, т. е. «лицом» к космическому пространству. Вовнутрь она обращена быть не может, даже по всем законам логики. Именно поэтому и нельзя включить в понятие «поверхность» зону контакта, например, жидкости и льда, который покрывает эту жидкость. Равно как и другие зоны агрегатного контакта, которые есть внутри Земли.
Существуют такие понятия, как «дневная поверхность» и «ночная поверхность». Их различие напрямую связано с тем, может ли солнечный свет охватить своим влиянием поверхность или нет. Здесь учитывается именно свет, тогда как тепло от солнца имеет способность проникать в грунт на значительную глубину.
Так дневная поверхность – та, которая всегда открыта, доступна солнечному свету. А ночная – к которой не могут напрямую и естественным путем проникнуть лучи солнца. Это всевозможные пещеры и различные пустоты внутри Земли, куда можно попасть теми или иными способами на современном этапе развития науки и техники. Полностью недоступные (очень глубоко расположенные, к примеру) для человека полости в литосфере к поверхностям, по сути, и вовсе не причисляются. Это внутреннее содержание Земли. Поэтому формулировка «ночная поверхность» к ним не вполне применима. Недосягаемые донные глубины океанов тоже относятся к этой категории.
Вот еще одна основополагающая суть земной поверхности – доступность для человека.
По данному поводу еще хотелось бы сказать вот что. Когда мы рассуждаем о земной поверхности, то представляем себе какие-то более или менее идеальные поля и луга, спокойные водные глади. А иногда даже и горные склоны. Но подобная постановка вопроса – не совсем правильное действие с научной точки зрения. Точнее, это всего лишь мизерная часть того, о чем мы говорим. Земной поверхностью является абсолютно всё, что непосредственно контактирует с атмосферой и солнцем: и листья дерева, и трава, и внешние стены зданий, сооружений, автомобилей, и асфальт, и поверхность нашей кожи, волос – в общем, набор всего того, что напрямую соприкасается с воздухом атмосферы и, так или иначе, с солнечной радиацией.
То же самое касается и дна водоемов, только в них роль атмосферы играет гидросфера.
Отсюда мы видим, что наиболее полноценным видом поверхности является именно дневная. А еще можно заметить, что земная поверхность – это структура, которая включает в себя не только природные объекты, но и антропогенные, и тем более – природно-антропогенные.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Изучением поверхности (и ее типов) планеты Земля занимается наука география. Земная поверхность, конечно, – не самостоятельное природное образование, и поэтому география затрагивает вопросы, которые не только косвенно, но и прямо относятся к смежным наукам, занимающимся изучением Земли. Это само собой разумеющееся: любая современная наука не может быть полностью изолирована от каких-то других наук, тем более сопредельных.
Да и само понятие «земная поверхность» в географии и в частности в физической географии не подразумевает под собой исключительно двухмерное представление о пространстве. Как всегда должно быть и третье измерение. Следовательно, мы говорим о поверхности Земли, как об образовании, имеющем и какую-то глубину (в грунте), и определенную высоту (в воздухе). Иными словами – вертикальные пределы.
С горизонтальными пределами никаких проблем не существует: они безграничны, поскольку Земля имеет шарообразную форму. По вертикали же гораздо труднее отсчитывать те последние точные высоты и глубины, на которых полностью заканчивается понятие «земная поверхность». Слишком много различных шероховатостей содержит в себе такое действие.
Первое, что хотелось бы озвучить: не следует, что называется, чересчур усердствовать в данном вопросе. Если область физической географии – это непосредственно ландшафты, то и поверхность, стало быть, не может включать в себя, например, всю стратисферу (осадочный слой) и всю тропосферу. И уж тем более – нижние и высокие земные оболочки (гранитный и базальтовый слои; стратосфера, мезосфера и др.).
Ландшафтом называется природный комплекс, характеризующийся в первую очередь оконченными стадиями развития биоматерии – растениями и животными. С этой точки зрения, на Марсе и других твердотельных планетах ландшафтов условно нет, но есть природные комплексы, которые могут быть в той или иной мере достаточно сформированы по другим показателям. И даже на Земле, где, казалось бы, вообще не должно быть никаких белых пятен в ландшафтном плане, и то существуют места, обделенные высокоразвитой органикой. Это в основном внутренние районы Антарктиды, Гренландии, а также некоторые части субтропических и тропических пустынь.
Хотя не все ученые придерживаются подобного воззрения на соотношение таких понятий, как «ландшафт» и «природный комплекс».
Поэтому мы определяем вертикальные рубежи земной поверхности так: в земной коре – это наибольшая глубина проникновения активных развитых форм жизни (в разных географических и высотных поясах она разная), в частности, корней деревьев. То же самое относится и к тропосфере: к примеру, если брать среднюю высоту полета птиц, то такое положение будет вполне соответствовать тому представлению о ландшафте, которое было озвучено выше. Отдельные виды птиц могут подниматься очень высоко над землей (выше 11 км), и даже сталкиваться с самолетами (как гриф Рюппеля), но это единичные эпизоды. К тому же полет птиц и, например, гнездование – это разные понятия. Птицы не могут постоянно находиться в воздухе, их жизнедеятельность главным образом сконцентрирована вокруг каких-то объектов, природных или антропогенных, где можно найти пропитание, воду, свить гнездо, вывести птенцов. И всё это осуществляется ими обычно на высоте не более нескольких десятков метров над уровнем твердой и жидкой поверхности.
Существует, однако, и другое представление о поверхности Земли – тоже с ландшафтной точки зрения. Мы знаем, что под почвой всегда обнаруживается первичный слой горной породы, на котором и из которого, собственно говоря, почва и формируется. Называется такой слой почвообразующим. Под ним всегда залегает геологический слой, который подстилает почвообразующий пласт. Именно этот пласт – подстилающий – целиком и полностью и является начальной точкой отсчета земной поверхности. То есть отсчет вертикальной границы ландшафта начинают от подошвы подстилающей породы. В крайнем случае, за нижний предел принимают максимальную глубину проникновения корней деревьев в грунт – там, где растут деревья. Где их нет, находятся какие-то другие ландшафтные критерии и соответственно глубины, а также высоты. В большинстве случаев корни дерева, в зависимости от вида и возраста, могут осваивать поверхностные и приповерхностные геологические слои. Это несколько метров. Например, дуб с многовековой историей способен пускать корни на глубину более 20 метров.
При таком подходе верхней границей в воздушной среде в основном устанавливается наибольшая высота взрослых деревьев, если таковые растения присутствуют. Самыми высокими деревьями на данный момент являются секвойи. Они распространены на Тихоокеанском побережье Северной Америки. Один экземпляр, растущий на севере Калифорнии, считается мировым рекордсменом по высоте – более 115 метров. Но это опять же редкие случаи. В основном деревья имеют не такие выдающиеся высоты – 10—30 метров (во взрослом состоянии) над уровнем поверхности грунта в месте своего произрастания.