Земные ландшафты

Основные астрономические особенности Земли

Земля – это планета (третья от Солнца). Не каждое небесное тело заслужило право считаться таковой. Существуют как минимум три критерия, по которым можно отличить планету от любого другого космического образования: 1) планета должна вращаться вокруг звезды; 2) она должна иметь шарообразную форму; 3) третий показатель условный: планета обладает внушительными размерами (не меньше размеров среднего по величине спутника в Солнечной системе).

Земля отвечает всем этим требованиям. Отсутствие или наличие атмосферы, гидросферы, внутреннее устройство и прочее – всё это весомые показатели, но в данном случае они считаются маловажными. Самые главные критерии – это, конечно, вращение вокруг той или иной звезды и шарообразная форма. Например, в Солнечной системе существует пояс астероидов, включающий в себя миллионы астероидных тел. Все они вращаются вокруг Солнца, некоторые из них достигают размеров большого спутника, но ни один астероид не имеет форму типичного шара (если только в искаженном варианте). В то же время, например, Ио или Луна имеют шарообразный вид, достаточно обширные параметры, но вращаются вокруг планет, а не Солнца.

К основным астрономическим особенностям Земли (как и любой другой планеты) относятся: вращение Земли, форма Земли, размеры Земли.

Вращение Земли. Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите (эксцентриситет 0,017). Среднее расстояние от Земли до Солнца – 149,5 миллионов километров. В астрономических масштабах это немного.

Каждый год в январе наша планета, двигаясь по своей орбите, подходит на самое близкое расстояние к Солнцу – приблизительно 147 миллионов километров. В июле планета наиболее удалена от своей звезды – примерно 152 млн. км. Точка самого близкого расстояния от Земли до Солнца называется перигелием. Точка самого большого расстояния называется афелием. Такой значительный разброс в расстоянии от Земли до Солнца (5 миллионов километров) всё же не отражается на планете. В перигелии на Земле не становится теплее, а в афелии – холоднее. Но, как мы видим, такая климатическая стабильность оказывается верной только в пределах первых пяти миллионах километров. Совершенно очевидно, что разница, например, в пятнадцать миллионов уже нанесла бы серьезный удар по физико-географической ситуации на нашей планете. И такая ювелирная точность позволяет Земле жить и полноценно развиваться уже много-много миллионов лет.

Средняя скорость вращения Земли вокруг Солнца – чуть меньше 30 км в секунду. Чем ближе планета подходит к Солнцу, тем больше становится скорость ее орбитального вращения. С удалением от Солнца скорость снижается. И опять же такая разница в скорости не влияет практически никаким образом на Землю – во-первых, сам процесс происходит слишком плавно, а во-вторых, разброс здесь относительно небольшой. Полный круг Земля совершает за 365 дней и несколько часов.

Земля вращается не только вокруг своей Звезды, но и вокруг своей оси. Ось Земли – понятие абстрактное. Не существует, собственно говоря, никакого металлического или каменного стержня, протягивающегося через всю толщу планеты от Северного полюса к Южному. Но есть мнимая ось, достаточно стабильная (несмотря на нутации), вокруг которой за 24 часа Земля совершает полный оборот. Это обуславливает смену дня и ночи.

К счастью человечества, ось Земли не перпендикулярна плоскости своей орбиты. Угол между осью и плоскостью земной орбиты составляет 66,5 градусов. Следовательно, ось отклоняется от перпендикуляра на 23,5 градуса. Такая особенность вкупе с орбитальным вращением позволяет Земле попеременно «подставлять» Солнцу то Северное, то Южное полушарие. Это обуславливает смену времен года.

В некоторых источниках часто упоминается о 23,5 градусах. Якобы под таким углом находится земная ось по отношению к плоскости орбиты. Если бы это было так, то в Антарктиде произрастали бы тропические леса, а Северный Ледовитый океан по температурному режиму был похож на Индийский. На самом деле, конечно, под таким углом находится плоскость экватора к плоскости орбиты, а не ось. Это первое. Второе: 23,5 градуса – это, как говорилось выше, величина отклонения оси от перпендикуляра плоскости орбиты.

Угол наклона, естественно, обратимо меняется в течение года (нескольких десятилетий) под действием всевозможных факторов. Постоянные небольшие колебания угла наклона оси к плоскости орбиты называются нутацией. В основном она связана с воздействием на Землю ее спутника. Осевые колебания из-за своей незначительности не приводят к каким бы то ни было негативным изменениям в структуре земной природы. Наблюдаются лишь некоторые сдвиги, не влияющие кардинальным образом ни на смену времен года, ни на сам климат.

Существует еще одно интересное явление, связанное с земной осью, – прецессия. Так называют плавное конусообразное движение земной оси. Объясняется оно следующими причинами. Экваториальная выпуклость Земли постоянно испытывает на себе притяжение со стороны Солнца, которое старается выпрямить ось Земли, сделать ее перпендикулярной плоскости орбиты. Но из-за вращения планеты вокруг оси, Солнце не может этого совершить. При этом земная ось, сопротивляясь, описывает конус. Явление это чисто астрономическое. Из-за прецессии равноденствие (осеннее и весеннее) каждый год приходит чуть раньше, чем в предыдущем году.

Если мысленно соединить прецессию и нутацию, то их совместный геометрический рисунок будет представлять собой конус, круг которого имеет неровную линию, отдаленно напоминающую кардиограмму.

Форма Земли. Земля из Космоса выглядит как обычный шар. Но поскольку земной шар вращается, он, естественно, немного сжат у полюсов. Полюсное сжатие невооруженным глазом увидеть практически невозможно. Если бы наша планета вращалась вокруг своей оси со скоростью, превышающей сегодняшнюю хотя бы в двадцать раз, то Земля в профиле приобрела бы форму классического эллипса. Мы не знаем точно, что произошло бы с Землей в таком случае, но совершенно ясно, что вся климатическая (гидрометеорологическая) система, а также тектоническая система функционировали бы уже в несколько ином качестве.

Полюсное сжатие дает нам право назвать фигуру Земли сфероидом (эллипсоидом вращения). Но настоящая форма Земли далека и от шара, и даже от сфероида.

Дело в том, что шар и сфероид – геометрические фигуры с идеальной поверхностью. Земля же в этом отношении далеко не идеальна: поверхность суши испещрена крупными неровностями – разновысотными горными цепями и равнинами, в том числе впадинами (отрицательными равнинами). Поэтому в профиле Земля имеет крайне неправильную форму. Может показаться, что только поверхность Мирового океана свободна от рельефа. Но и здесь всё не так просто. В одних частях поверхность океанов опускается ниже остальных частей; в других – поднимается выше (это явление связано, судя по всему, с воздействием на Мировой океан двух противоположно направленных видов энергии – гравитации и притяжения Луны и/или Солнца).

Точнее всего фигуру Земли изображает, конечно, геоид – фигура, поверхность которой совпадает с усредненной поверхностью Мирового океана (в спокойном состоянии), мысленно продолженной под континентами. Геоид имеет много общего с эллипсоидом вращения, но, в отличие от последнего, характеризуется неровной поверхностью. Свою лепту в такую «неидеальность» геоида вносит неравномерное распределение масс внутри Земли.

Для изучения распределения физико-географических процессов по поверхности Земли и с точки зрения геосистемной дифференциации не принципиально важна истинная фигура планеты. Для ландшафтных исследований достаточно знать о том, что Земля пусть и не представляет собой идеальный шар, но, во всяком случае, она шарообразна.

Можно долго размышлять над тем, что произошло бы с планетой, если бы она приобрела кубическую форму, пирамидальную, коническую, цилиндрическую, параллелепипедную… Но это, конечно, всё фантасмагорические теории, не имеющие под собой ничего, кроме способности человека к абстрактному мышлению и фантазированию.

Размеры Земли. Невелики относительно размеров Юпитера, Сатурна и тем более Солнца. Земля по отношению к Солнцу настолько же мала, насколько мало маковое зернышко в сравнении с апельсином. Иными словами, наша планета имеет оптимальные размеры – достаточные для того, чтобы на ней могло существовать человеческое общество и недостаточные для того, чтобы быть еще одним громадным безжизненным шаром, «безнадежно» блуждающим вокруг Солнца.

Перейдем от размышлений к конкретике. Земля имеет следующие параметры. Экваториальный радиус – 6378, 2 километров, полярный – 6356, 9 километров. Полярное сжатие, как говорилось, объясняется вращением Земли вокруг своей оси. Разница в 21 километр практически не сказывается на развитии географической оболочки. Длина экватора – 40 074 км, длина меридиана 40 008 км. И вся площадь земной поверхности равна, следовательно, 510 млн. кв. км.

Подводя итоги вышесказанного, хотелось бы в очередной раз подчеркнуть, что все геофизические, геодезические и астрономические характеристики, которыми обладает Земля, подобраны таким образом, чтобы на ней могла существовать атмосфера, гидросфера, а значит и жизнь.

Строение Земли

Земля, как и другие планеты Вселенной, состоит из концентрических оболочек, называемых геосферами. Слоистое строение имеют практически все природные образования. И на самой Земле в мире живой и неживой природы почти любой природный объект обладает слоистой структурой – будь то обычный камень или дерево. Видимо, слоистость – это всеобщая особенность строения почти всех естественных материальных объектов.

Вещество Земли находится в четырех состояниях: твердом, жидком, газообразном, плазменном. В процессе изучения физико-географических закономерностей ландшафтной оболочки Земли последнее состояние – плазменное – редуцируется. И поэтому мы говорим, что Земля состоит из твердой части, жидкой части и газообразной. Твердая Земля занимает наибольшую часть объема и массы и ограничивается поверхностью земной коры (на суше и под океаном).

«Твердая» Земля

Эта часть нашей планеты состоит из трех геосфер: земной коры, мантии, ядра. Земная кора, объединяемая с верхней частью верхней мантии (до астеносферы), называется литосферой. Но часто под литосферой неправильно понимается только земная кора – без верхней части верхней мантии. Такое определение литосферы неполноценно, поскольку земная кора функционально объединяется с этой частью мантии, составляя с ней одно целое в тектоническом (динамическом) отношении. Именно верхняя мантия содержит в себе энергетические источники для азональных процессов в земной коре и на ее поверхности. А это очень важно.

Строение земной коры. Земная кора делится на четыре типа: 1 – материковая (континентальная) кора; 2 – океаническая; 3 – кора переходного (промежуточного, геосинклинального) типа; 4 – рифтогенная. Материковая кора составляет тело континентов (включая подводные окраины материков) и прилежащих к ним материковых островов. Океаническая кора образует ложе Мирового океана. Промежуточный (геосинклинальный) тип земной коры свойственен переходным зонам. Этот тип коры специалисты обычно делят на два подтипа: субокеаническая, субматериковая. Рифтогенная слагает срединно-океанические хребты.

Материковая земная кора. Материковая земная кора толще океанической из-за того, что последняя отличается отсутствием «гранитного» слоя. Наибольшей толщины континентальная кора достигает под горными системами, которые имеют мощные «корни» и сами по себе высоко поднимаются над уровнем Океана. «Корни» гор зеркально повторяют неровности внешнего рельефа.

Материковая земная кора состоит из трех слоев: осадочного, «гранитного», «базальтового».

Поверхность осадочного слоя (стратисферы) вместе с почвой образует дневную поверхность. На щитах древних платформ данный слой почти отсутствует (представлен незначительным покровом четвертичных пород в несколько сантиметров). То есть щиты – это места выхода на поверхность «гранитного» слоя, сильно метаморфизированного и состоящего из смятых в мелкие сложные складки горных пород докембрия.

Осадочный слой состоит из пластов осадочных горных пород различного возраста, кроме докембрийского. Все они «выпали» осадком на поверхность в водной или воздушной среде, а также накопились в результате химических реакций и отложения биогенного материала.

«Гранитный» слой состоит не только из гранита, но и из гнейсов, кристаллических сланцев и пр. То есть его составляют метаморфические и магматические породы.

При изучении «базальтового» слоя ученые испытывают большие трудности. Самая глубокая скважина пока не достигла и глубины 13 км. Этого абсолютно недостаточно не то что для детального изучения «базальтового» слоя, но и даже для «гранитного».

Электромагнитные исследования говорят о том, что «базальтовый» слой состоит из пород, которые близки к базальтам. Они являются магматическими по генезису, но намного сильнее метаморфизированы, чем породы вышележащего слоя.

Граница Мохо отделяет базальтовый слой от мантии. Здесь наблюдается резкое возрастание скорости сейсмических волн.

Континентальная земная кора имеет среднюю толщину 50 км. На равнинах – от 30 до 40, в горах – до 70 километров. Для сравнения: океаническая земная кора – от 5 до 10 километров.

Мощность осадочного слоя материковой земной коры колеблется от 0 до 25 километров. Остальную толщину земной коры этого типа занимают «гранитный» и «базальтовый» слои.

Мантия. Еще более труднодоступна для человека мантия. Она занимает приблизительно 83% от объема всей Земли (земная кора – 1%). Мантия граничит с ядром на глубине около 3000 км. Вся мантия делится на верхнюю, среднюю и нижнюю. О последних двух частях сказать что-либо существенное и полезное практически невозможно. Существует предположение, что они находятся в кристаллическом состоянии. Часть верхней мантии – астеносфера – разжиженная, вязкая оболочка, по которой «скользят» блоки литосферы (т. н. литосферные плиты) вместе со своими континентами.

Ядро. Это внутренняя оболочка «твердой» Земли. Занимает 16% от объема всей планеты. Оно состоит из двух частей – внешней и внутренней. Внутреннее ядро (субъядро) – твердое, внешнее ядро – вязкое. Теоретически ядро состоит из никелистого железа. Примерно такой же состав имеют железные метеориты. Но существует и другой взгляд, согласно которому ядро имеет в целом такой же состав, как и мантия, но вещество ядра находится из-за высокой плотности в ином состоянии – металлизированном. Температура ядра выше, чем температура верхних слоев Солнца – 10 000 К. В диаметре ядро достигает 7 тыс. км (внутреннее ядро – 4400 км).

Мы видим, что состояние вещества «твердой» Земли меняется от твердого к «жидкому» и обратно: литосфера – твердая, астеносфера – «вязкая», нижняя мантия – твердая, внешнее ядро – расплавленное, внутреннее ядро – твердое. В связи с этим рассматриваемую часть Земли можно дифференцировать на пять ступеней, чередующихся по фазовому состоянию вещества.

Основные модели развития земной коры

На сегодняшний день совершенно ясно, что континентально-океанический рисунок земной поверхности (распределение суши и моря) в том виде, в котором он предстает перед нами на космических снимках и на различных картах, – это результат длительного развития литосферы. Попробуем разобраться в моделях эволюции литосферы, которые предлагает нам современный комплекс наук о Земле.

Модель направленного геосинклинального развития земной коры. В доархейские времена вся поверхность земной коры находилась ниже уровня Мирового океана. Проще говоря, суши в те времена не было. Под толщей океанских вод скрывалась кора типично океанического типа (что наблюдается и в наше время).

Но земная кора никогда не была статичным образованием, тем более в доархейскую и архейскую эпоху. В то далекое время внутри Земли происходили определенные целенаправленные закономерные геологические процессы, которые в перспективе должны были неизбежно привести к появлению первой суши. Так и произошло. Континентально-океанический рисунок, изучаемый нами сегодня, – это результат многомиллионолетнего процесса развития литосферы.

Земная кора развивается непрерывно. Процесс ее геологического изменения наблюдается, конечно, и в наше время. Судя по тому, как развивалась литосфера в течение всех геологических эр, мы можем утвердительно сказать, что эволюция земной коры – это процесс, направленный на увеличение площади суши.

В будущем, скорее всего, эволюция литосферы пойдет вспять, и новые геологические эры будут ознаменованы процессами масштабной деградации материковой земной коры. Первые «сигналы» разрушения континентальных платформ фиксируются уже сегодня, и современные континентальные рифты, в которых происходит растяжение земной коры, – яркое тому подтверждение: в будущем на месте данных рифтов должна сформироваться кора океанического типа.

Итак, процесс развития земной коры, направленный на увеличение площади суши, делится на два цикла: геосинклинальный цикл, платформенный режим.

Геосинклинальный цикл развития. Формирование материковой коры. В архее (или раньше) по неизвестным до сих пор причинам в глубинах Земли произошли серьезные изменения, которые привели к тому, что на дне Океана образовался обширный прогиб земной коры. Появилась первая в геологической истории Земли геосинклиналь (подвижная область). Скорее всего, это была не одна геосинклиналь, а целая цепочка геосинклиналей – то есть докембрийский геосинклинальный пояс.

Прогибание морского дна – это первая стадия развития подвижного пояса. Далее уже на второй стадии развития геосинклиналь, продолжая опускаться, заполняла свой прогиб океаническими осадками. Накопив должную толщу осадков, геосинклиналь вступила в третью стадию развития – начала резко и усиленно подниматься сквозь толщу морской воды. При этом слои горных пород, которые накопились в прогибе, сминались в складки; породы слоев постепенно гранитизировались и метаморфизировались за счет внедрения магмы. Развитие геосинклинали привело к появлению архипелага вулканических островов, которые продолжали подниматься, постепенно вытесняя морские воды.

В итоге крупный участок земной коры поднялся выше уровня Океана – в виде огромного вала, уже частично расчлененного и раздробленного. Появился первый массив континентальной земной коры с гранитным слоем, который, как мы видим, сформировался на третьей стадии развития геосинклинали, когда слои сминались в складки и гранитизировались.

После этого начался размыв вала текущими водами (с последующим образованием горных долин и горных хребтов). Поскольку образовавшийся вал продолжал расти с большой скоростью, всё выше и выше поднимаясь над уровнем Океана, текущая вода прорезала в грунте глубокие ущелья, формируя типичный горный ландшафт – чередование высоких узковершинных водоразделов (хребтов) и понижений между ними (ущелий).

Из этого можно сделать вывод, что горный ландшафт формируется только на тех территориях, которые поднимаются с большой скоростью. Это связано с тем, что скорость поднятия территории в геосинклинальных областях, грубо говоря, выше скорости денудации: сами возвышения (хребты) разрушаются очень медленно; и продукты их разрушения просто не успевают заполнять понижения рельефа и тем самым выравнивать местность. Зато водотоки успевают быстро прорезать глубокие долины, поскольку линейно текущая вода обладает большой и быстрой разрушительной силой. Можно сказать иначе: в геосинклинальных частях материков скорость линейной водной эрозии в целом совпадает со скоростью поднятия территории, а скорость общей денудации, которая стремится сгладить все неровности, значительно отстает. И как только горы перестают расти с большой скоростью, местность начинает относительно быстро выравниваться.

Прямо противоположную картину мы наблюдаем на платформах. Поэтому в данных частях Земли нет такого контрастного рельефа, как в подвижных областях планеты (современных и относительно недавно закончивших развитие).

Так с течением времени появилась классическая горная страна, которая некоторое время всё еще продолжала подниматься, всё больше и глубже размываясь стекающими в Мировой океан водами. В это время горная страна сохраняла высокую магматическую и сейсмическую активность. Такой этап развития земной коры называется эпигеосинклинальным (постгеосинклинальным): горная страна уже была сформирована, появились долины и хребты, но она некоторое время сохраняла большую подвижность.

Следовательно, в конце любой складчатой стадии (и современной тоже) выделяется эпигеосинклинальный этап (по сути, переходный от геосинклинального цикла к платформенному). Он начинается с образования горной страны и заканчивается угасанием высокой подвижности внутренних геологических процессов (некоторые авторы включают в эпигеосинклинальный этап всю стадию складчатости; исходя из этого положения, весь Средиземноморский геосинклинальный пояс сегодня находится на эпигеосинклинальном этапе развития).

Временной промежуток от начала поднятия геосинклинали до тектонического, магматического и сейсмического «успокоения» возникшей горной страны называется складчатостью, или складчатой стадией. В истории геологического развития Земли было несколько эпох складчатости.

Итак, весь геосинклинальный цикл делится на три стадии: образование прогиба, накопление осадков в прогибе, поднятие земной коры (складчатость).

Повторимся: в конце третьей стадии геосинклинального цикла выделяется эпигеосинклинальный этап, который оканчивается полной остановкой (замиранием) геосинклинальных тектонических процессов. Третья стадия геосинклинального цикла, как было сказано, называется складчатостью.

Платформенный цикл развития (платформенный режим). После «успокоения» сформировавшаяся горная страна вошла в платформенный цикл развития. Но для того, чтобы вступить в стадию «полноценной» (полностью сформировавшейся) платформы, ей нужно было пройти еще две платформенные стадии.

На первой стадии шел процесс разрушения горных хребтов экзогенными агентами. Понижения рельефа (долины и прогибы) заполнялись продуктами денудации. Это длилось миллионы лет. После разрушения гор (пенепленизации) территория превратилась в пенеплен (первичную равнину, плоскую или слабохолмистую) и вступила во вторую стадию развития с последующим накоплением рыхлых континентальных осадков в медленно опускающихся участках образовавшейся платформы. Опускание прибрежных участков платформы привело к затоплению их морем. В этих местах накопились древние мелководные морские осадки. Иногда трансгрессии и регрессии происходили не один раз за всю геологическую историю платформы и могли охватывать всю ее площадь. Таким образом платформа наращивала осадочный чехол.

Надо заметить в скобках, что и в наше время все платформы характеризуются так называемым тектоническим «дыханием» – одни участки медленно поднимаются, другие – медленно опускаются. Соответственно, прибрежные опускающиеся участки уходят под морскую воду – происходит трансгрессия, а прибрежные поднимающиеся участки постепенно освобождаются от морской воды – происходит регрессия.