Земные ландшафты
Геосинклинальное взаимодействие плит. При столкновении части материковой коры с другой частью материковой коры (коллизия) на континентах образуются высокие складчатые горы по типу Гималаев. Соседние складчатые структуры различного возраста (древние и молодые платформы) могут при этом подвергнуться эпиплатформенному орогенезу с последующим образованием возрожденных гор. Но этот вопрос является дискуссионным.
Зоны столкновения континентальной коры с океанической корой называются зонами материково-океанической субдукции. При этом на периферийных частях материков возникают эпигеосинклинальные пояса, характеризующиеся высокими складчатыми горами (например, Анды). Непосредственно у берегов (под континентами) обнаруживаются глубоководные желоба (Перуанский желоб, Чилийский желоб).
Столкновение части океанической (морской) коры с другой частью океанической (морской) коры называется океанической субдукцией. При этом на дне морей и океанов образуются переходные зоны (современные геосинклинальные пояса), в наше время выраженные островными дугами и глубоководными желобами (например, Зондский желоб). В состав переходных зон включаются и котловины окраинных морей. Земная кора переходной зоны определяется как субматериковая и субокеаническая. Эти типы коры являются промежуточными стадиями превращения океанической земной коры в материковую (отсюда и название – переходная зона). В целом переходная зона характеризуется земной корой крайне сложного состава, структуры и динамики.
Развитие любой переходной зоны заканчивается появлением на ее месте эпигеосинклинального пояса. Если переходная зона развивается между материками, то в итоге они могут соединиться. Предполагается, что в будущем Южная Америка соединится с Северной, а Евразия – с Африкой и Австралией. Сейчас между этими материками располагаются переходные зоны.
Но, как мы поняли, эпигеосинклинальный пояс образуется не только в зоне чисто океанической субдукции (то есть на месте переходной зоны). Например, Анды Южной Америки, которые возникли в зоне материково-океанической субдукции, тоже являются эпигеосинклинальным поясом.
Рифтовое взаимодействие плит. Расхождение двух океанических частей разных плит (спрединг) формирует срединно-океанические хребты (СОХ), которые являются подвижными (активными) поясами Земли наряду с современными геосинклиналями (переходными зонами). Но между рифтами и геосинклиналями существует принципиальная разница. Океанические рифты – это зоны формирования коры океанического типа, в то время как переходные зоны являются зонами формирования материковой коры. Срединно-океанические хребты есть во всех океанах.
Расхождение двух материковых частей разных плит формирует на материках рифтовые зоны (на востоке Африки и в районе озера Байкал), которые характеризуются высокой тектонической и магматической активностью, явным сейсмизмом. Следовательно, материковые рифты тоже являются подвижными поясами планеты, но – особого типа. Но опять-таки в пределах материковых рифтов происходит разрушение (деградация) структуры континентальной коры, уменьшение ее мощности. На месте материковых рифтов должна возникнуть кора океанического типа.
Из всего сказанного выше следует простой вывод – подвижные пояса Земли делятся на два рода: геосинклинальные (в океанах – переходные зоны; на материках – эпиплатформенные и эпигеосинклинальные пояса) и рифтовые (океанические рифты, материковые рифты).
Сдвиговое взаимодействие плит. Существует еще сдвиговое взаимодействие литосферных плит, когда их края, частично соприкасаясь, смещаются относительно друг друга в горизонтальном направлении вдоль разлома. В таких местах образуются подчиненные подвижные пояса (входящие в состав основных поясов), направленность развития которых не ясна.
Типы зон субдукции. Можно заметить, что субдукция – это процесс поддвига одной литосферной плиты под другую. И это не только пододвигание легкой океанической коры под более тяжелую материковую; наравне с таким явлением существует чисто океаническая субдукция, когда участок океанической коры пододвигается под другой участок океанический коры. Такие зоны субдукции называются марианскими. Вообще, на Земле существует несколько типов зон субдукции:
1. Восточно-Тихоокеанский (океаническая кора, относительно молодая, активно исчезает в мантии под континентом). Наблюдается на западном берегу Южной Америки. 2. Западно-Тихоокеанский. Этот тип делится на три подтипа: марианский, японский, зондский.
Зондский подтип субдукции происходит в тех местах, где океаническая кора пододвигается под континентальную кору, находящуюся под океанской или морской водой. Японский подтип субдукции характеризуется пододвиганием коры океанического типа под островную дугу (Япония, Куба).
Выводы. Наиболее устойчивыми и, следовательно, пригодными для постоянного проживания людей являются центральные части тектонических плит. Края плит (зона взаимодействия) и прикраевые части – тектонически нестабильные зоны; там часто происходят землетрясения, извержения вулканов, цунами.
Логика рассмотрения земной коры в виде литосферной мозаики заключается в том, что Земля – это медленно пульсирующее небесное тело. По разным причинам объем Земли постоянно то уменьшается, то увеличивается. И естественно, что при таком факте было бы совсем нелогично изучать литосферу Земли как цельное образование. Возможно, именно расширение Земли на каком-то определенном этапе развития поспособствовало расколу земной коры на несколько частей.
Другое дело – движение литосферных плит. Некоторые исследователи отмечают невозможность движения плиты по шарообразной земной поверхности. Но эти доводы являются приемлемыми только в том случае, если мы рассматриваем Землю как эллипс (с полярным сжатием). И здесь действительно движение литосферных плит может показаться затруднительным явлением. Но, учитывая чрезвычайную пластичность литосферного вещества при медленных скоростях движения, можно заключить, что земной эллипс не является помехой для движения плит.
Итак, мы приходим к выводу, что современный вид континентально-океанического рисунка земной поверхности есть результат длительных вертикальных и горизонтальных движений частей земной коры. Вертикальные и горизонтальные движения тесно связаны друг с другом, и все они являются результатом подкоровых перемещений вещества и энергии тоже в разных направлениях – вертикальном и горизонтальном.
Но является ли перманентное превращение океанического дна в сушу (в материковые платформы) с помощью геосинклинальных поясов целенаправленным процессом, или это всё же случайное явление, результат хаотичного бесцельного движения и столкновения литосферных плит?.. Создается ощущение, вполне оправданное, что эволюция земной коры направлена на увеличение площади суши. Точного ответа на этот вопрос пока нет, и окончательные выводы сейчас делать рано. Но очевидно, что литосфера всё же к чему-то стремится и/или чему-то активно «сопротивляется», пытаясь урегулировать некие дисбалансы.
Время покажет, какими именно «нитями» связаны тектонические движения с такими геофизическими явлениями, как изостазия, приливное трение, замедление скорости осевого вращения Земли, увеличение полярного радиуса и сокращение экваториального, прецессии и нутации, возмущения магнитного поля. А пока что будем помнить самое важное: ни вертикальные, ни горизонтальные движения не могут иметь бесцельный характер, как и все остальные природные явления любого происхождения.
Определенный вклад, конечно, в современное очертание материков и океанов внесло длительное взаимодействие суши и моря, которое вот уже несколько миллиардов лет настойчиво разрушает береговую линию и, следовательно, изменяет конфигурацию материков (и океанов соответственно).
Современные материки и океаны: взаимное расположение, контуры и рельеф
Первое, на что нам стоит обратить внимание, относится к распределению океанской воды и суши относительно полушарий.
Особенности горизонтального профиля материков. Северное полушарие – преимущественно материковое, Южное – преимущественно океаническое.
Материки располагаются рядами: лавразийский (северный) структурный ряд: Северная Америка, Евразия (два материка находятся полностью в Северном полушарии); гондванский (южный) структурный ряд: Южная Америка, Африка, Австралия.
Австралия находится полностью в Южном полушарии. Антарктида занимает отдельную южную позицию – вокруг Южного полюса.
Очертания материков северного ряда отличаются обилием полуостровов различной формы, заливов и морей; берега Северной Америки и Евразии обильно украшены гирляндами больших и малых островов. Южные материки отличаются плавными очертаниями; прибрежных островов крайне мало.
Интересная общая географическая особенность крупных материков – в горизонтальном профиле они в той или иной степени заостряются (сужаются) к югу, в то время как их северные части расширены. Это, скорее всего, связано в первую очередь с особенностями раскола Пангеи. Хотя точное объяснение этому закономерному явлению до сих пор не найдено.
Надо сказать, что сужение Антарктиды в горизонтальном плане, в отличие от остальных континентов, направлено на север. Австралия же в этом отношении вообще отличается неопределенностью, хотя, в принципе, некоторое сужение горизонтального профиля этого материка к северу обнаруживается достаточно ясно.
У континентов северного ряда площадь материковой отмели (шельфа) намного больше, чем у южных материков.
Четыре материка образуют две пары: Северная Америка+Южная Америка. Евразия+Африка.
Есть еще один вариант парного расположения материков. Если разделить Евразию на две части света, то Африка объединяется с Европой, а Австралия – с Азией.
Южная Америка явно смещается на восток относительно Северной Америки. Закономерно не совпадают горизонтальные вогнутости и выступы этих материков. Наблюдается некоторое смещение южной половины Африки на восток по отношению к Западной Европе. Можно выявить (условно) смещение на восток Австралии относительно Азии.
Неровности восточной береговой линии двух Америк практически полностью совпадают с изгибами атлантического побережья Афразии (Африки и Евразии). Это чрезвычайно интересное явление. Если смоделировать совмещение этих материков с помощью компьютерной программы, то получится хоть и не идеальный, но в целом достаточно приемлемый материк для изучения теории раскола Пангеи, дрейфа материков. И, само собой, для Антарктиды и Австралии (и даже Индостана) тоже найдутся подходящие «места» в этой материковой мозаике.
Сам факт параллелизма континентальных контуров, конечно, не является доказательством раскола гипотетического праматерика в далеком геологическом прошлом. Но всё же…
Особенности вертикального профиля.Общий (глобальный) вертикальный профиль (т. е. рельеф) поверхности материков и дна океанов тоже имеет интересные закономерности. Горы на материках находятся в основном на окраинах; центральные части континентов – преимущественно равнинные территории. Это, по-видимому, связано с присоединением новых участков суши к краю древних и молодых платформ. Вновь присоединяющиеся участки всегда характеризуются горным рельефом.
На дне океанов наблюдается прямо противоположная картина: в центре – возвышения (срединно-океанические хребты), по краям – океанические равнины (котловины). Поверхностные причины этого явления объясняются относительно просто. В районах срединно-океанических хребтов наблюдается расхождение литосферных плит, сопровождаемое повышенным тектонизмом и вулканизмом. Эти явления и создают сетку данных хребтов.
Антиподальность. Материки расположены по отношению к океанам таким образом, что водному пространству на одном конце Земли противостоит континентальное пространство на другом конце Земли. То есть материки и океаны антиподальны. И здесь достаточно посмотреть взаимное расположение Антарктиды и Северного Ледовитого (Арктического) океана. Бывают и исключения из правил. Например, югу Южной Америки диаметрально противостоит центр восточной Азии.
Гидросфера («жидкая» Земля)
95% гидросферы занимает Мировой океан. Поэтому гидросферой часто называют только океаносферу, игнорируя остальные части этой оболочки – воды суши и ледники. Это не совсем правильно, а точнее – совсем неправильно. Водные скопления на суше и ледники являются неотъемлемой частью гидросферы – по той причине, что они имеют определенную форму, находятся в собранном состоянии, приобретенном в результате заполнения того или иного наземного углубления или подземного вместилища, а также в процессе замерзания воды.
Вообще, вода содержится везде – и в воздухе, и в грунте, и в живых существах. Атмосферную влагу называют рассеянной гидросферой, подземную – погребенной гидросферой, а содержащуюся в живых существах – биостромной гидросферой. Но эти составляющие нельзя отнести к гидросфере – хотя бы потому, что находится она в рассеянном состоянии. Хотя это опять-таки всё очень условно и сделано для удобства изучения природы Земли.
Гидросфера не делится на четкие слои, подобно «твердой» части Земли. В состав гидросферы входит Мировой океан вместе со льдом, наземные и подземные воды, ледники.
Многие из нас довольно часто путают два понятия – лед и ледники. Льдом называется ледяной покров, лежащий на поверхности водоемов и водотоков. Ледником называется ледяной покров, лежащий на тех или иных сухопутных участках. Ледники делятся на: покровные и горные.
Покровные (или материковые) ледники во всем своем суровом великолепии представлены в Антарктиде и в Гренландии, где они мощными щитами толщиной в несколько километров покрывают практически всю поверхность этих частей света. Хотя в последнее время наблюдается таяние ледников Антарктиды и Гренландии, причем достаточно интенсивное. А это чрезвычайно опасное природное явление для всего человечества.
Горные ледники находятся в высоких горах, выше снеговой границы, которая, например, в тропиках расположена на высоте 6 км. Этот тип ледников делится на три категории: долинные, склоновые и вершинные. Их названия соответствуют их расположению – в долинах, на склонах и на вершинах.
Все ледники движутся с очень медленной скоростью (и при этом не разламываются на части), повторяя изгибы рельефа земной поверхности. Наземный лед обладает чрезвычайной пластичностью, проявляющей себя при очень низких скоростях движения.
Атмосфера («газообразная» земля)
Внешняя геосфера Земли, на 99,99 процентов состоящая из газов, называется атмосферой. Она сразу начинается там, где заканчивается поверхность земной коры и водных объектов. Никаких плавных переходов между земной корой, водой и воздухом не существует: слишком уж контрастны эти три среды по своему агрегатному статусу. Воздушные пространства, располагающиеся в пустотах грунта (пещерах и пр.) или не относят к атмосфере как таковой, или считают их «погребенной» атмосферой.
Известно деление атмосферы на слои в зависимости от изменения температуры воздуха с высотой. Менее известно деление атмосферы на слои в зависимости от изменения газового состава, который при возрастании высоты тоже меняется, как и вообще любые другие параметры воздушной среды (и любой другой среды).
Итак, атмосфера по первому признаку (в зависимости от изменения температуры) делится на пять слоев: тропосферу стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.
Тропосфера иначе называется климатосферой, поскольку климат формируется в пределах именно этого слоя, непосредственно прилегающего к дневной поверхности. В полярных широтах данный слой имеет толщину 10-12 км, в тропических и экваториальных тропосфера достигает высоты 16 км. Температура понижается с высотой (0,6 градуса на 100 метров). Над тропосферой лежит переходный слой – тропопауза, отделяющий тропосферу от стратосферы. Температура в тропопаузе от -56 до -80 градусов.
В стратосфере понижение температуры становится очень умеренным, а то и вовсе исчезает, а в верхней ее части она начинает расти. В самой верхней части температура воздуха приближается к нулю. Над стратосферой находится стратопауза – промежуточный слой между стратосферой и мезосферой. Последняя сфера начинается от высоты 50 км и доходит до высоты 95 км. Температура здесь понижается (0,3 градуса на 100 метров). Мезосфера оканчивается мезопаузой, после которой начинается термосфера, и здесь температура снова начинает повышаться. Это происходит по причине поглощения ультрафиолета кислородом.
После термосферы начинается экзосфера – оболочка, которую можно считать практически межпланетным пространством со следами земной атмосферы.
По изменению газового состава атмосфера делится на: гомосферу и гетеросферу. Гомосфера простирается до высоты 100 километров, и ее газовый состав практически не меняется. А вот выше 100 км – в гетеросфере – на газы начинает воздействовать солнечное и космическое излучения, которые разлагают молекулы газов на атомы. Вследствие этого газовый состав атмосферы претерпевает существенную перестройку. При распаде молекул образуются ионы, которые вместе с нейтральными молекулами создают так называемую ионизированную плазму. Вся толща слоев атмосферы, насыщенная этой плазмой, называется ионосферой. Верхняя граница ионосферы доходит до высоты 500 километров.
На высоте 20-25 километров располагается еще один «дополнительный» слой – озоносфера. Этот слой насыщен озоном, который не пропускает к земле губительную для всех живых организмов часть солнечного излучения. Истощение озонового слоя наблюдается в наше время в связи с интенсивными промышленными выбросами в атмосферу вредных веществ. Дальнейшее сокращение мощности озонового экрана откроет путь ультрафиолетовым лучам с длиной волн менее 0,29 мкм. Это приведет к гибели биосферы.
Существуют еще подчиненные геосферы. К ним относятся педосфера (почвосфера), биосфера и, наконец, самое спорное образование – географическая оболочка.
Гравитационное и магнитное поля
Помимо вещественных геосфер, существуют еще энергетические. Это – гравитационное поле и магнитное поле.
Все рассмотренные вещественные геосферы характеризуются сферичностью. Такой же формой обладает и энергетическая оболочка Земли – гравитационное поле.
Гравитационное поле. Гравитационное поле Земли – это земное пространство (от центра Земли – до расстояния 36 тыс. км над поверхностью суши и Мирового океана), в пределах которого все предметы и явления подвергаются воздействию силы тяжести.
Сила тяжести – это геометрическая сумма силы притяжения Земли и центробежной силы. Как видно, сила тяжести и сила притяжения – это разные понятия, и на силу тяжести, таким образом, оказывает влияние соотношение двух факторов: сила притяжения Земли и центробежная сила. Рассмотрим первый фактор.
1. Сила притяжения Земли. Зависит от:
А. Влияния ближайших космических тел. Сила воздействия космических тел друг на друга зависит, во-первых, от расстояний между ними, во-вторых – от массы самих тел. Земля подвергается воздействию со стороны Луны и Солнца. Но поскольку они находятся достаточно далеко от нашей планеты, их влияние (которое всё же есть) в целом не учитывается.
Б. Распределения масс на поверхности Земли и внутри нее. Горы создают дополнительную нагрузку на верхнюю мантию, поэтому сила тяжести в этих местах должна быть больше, чем на равнинах. На поверхности океана наоборот – сила тяжести должна быть меньше, чем на равнинах, поскольку вода легче горных пород. Но измерения показывают, что сила тяжести на одной параллели везде (и на суше, и на поверхности океана) имеет одинаковую величину. Это говорит о том, что массы внутри Земли (под земной корой) и на поверхности планеты распределяются в общем равномерно. Объясняется такая равномерность следующим образом.
В местах большой нагрузки земной коры на мантию (в горах) породы мантии опускаются вниз. А там, где обнаруживается недостаток массы земной коры (дно океана), породы мантии подступают к поверхности.
Таким образом, земная кора, уравновешиваемая мантией, находится в состоянии изостатического равновесия. Как говорят, земная кора «плавает» в мантии. Следовательно, на земной поверхности сила тяжести практически везде одинакова. Отклонения (положительные аномалии) силы тяжести наблюдаются только в молодых горах, под которыми мантия еще не успела опуститься – должно пройти какое-то время; нарушенное равновесие восстанавливается не сразу. Процессы уравновешивания (компенсации) земной коры происходят на глубине от 100 до 150 км. Этот слой внутри Земли называется слоем изостазии.
2. Центробежная сила. Рассмотрим второй фактор, который влияет на силу тяжести.
На вращающейся Земле, имеющей форму шара (в грубом расчете), центробежная сила зависит от широты места. На полюсах эта сила равна нулю, на экваторе – достигает максимума. Чем меньше центробежная сила, тем больше должна быть сила тяжести. Так и получается: Северный и Южный полюса – это места, где сила тяжести на 0,6% больше, чем на экваторе. Из всего этого можно сделать вывод, что на полюсах сила тяжести равна силе притяжения.
Гравитационное поле характеризуется таким понятием, как ускорение свободного падения. На полюсах оно равно 9,83 м/с2, на экваторе 9,78 м/с2. Ускорение свободного падения постепенно уменьшается от полюсов к экватору на 55/1000 м/с2 – на каждый градус широты.
Анализируя всё вышесказанное, можно утвердительно сказать, что сила тяжести практически полностью зависит от силы притяжения Земли. Даже большая центробежная сила экватора не оказывает существенного воздействия на величину гравитации (разница в силе тяжести между полюсами и экватором – всего 0,6 процентов).
Существует такое понятие, как напряженность гравитационного поля. В данном случае напряженностью гравитационного поля Земли называется величина силы тяжести. В горизонтальном профиле напряженность постепенно и равномерно убывает от полюсов в сторону экватора. В вертикальном профиле (от поверхности Земли – вверх и вниз) напряженность поля уменьшается, соответственно, с высотой и глубиной. На высоте 36 тыс. километров от поверхности суши или Мирового океана, а также в центре Земли сила тяжести равна нулю.
Нетрудно подсчитать радиус сферического гравитационного поля – от центра Земли до 36 000 км над поверхностью геоида. Исходя из среднего радиуса Земли, приблизительный радиус гравитационного поля составляет 42 367 км.
Сила тяжести направлена по вертикали (отвесу) к земной поверхности.
Гравитационное поле без преувеличения можно назвать фундаментальной энергетической земной оболочкой. Сама Земля и все ее природные процессы, протекающие как на поверхности, так и на глубине, обязаны своим существованием гравитационному полю.
Значение гравитационного поля
1. Формирование фигуры Земли. 2. Удерживание атмосферы. 3. Атмосфера обеспечивает существование гидросферы. 4. Уплотнение внутриземного вещества и формирование плотного ядра. 5. Сила тяжести – двигатель гравитационной дифференциации земного вещества, которая создает давление масс на глубине, тем самым порождая тепловую энергию. Еще тепловая энергия высвобождается при радиоактивном распаде элементов (тория, урана, цезия). Тепловая энергия – причина тектонических процессов в глубине Земли и на ее поверхности. 6. Стремление земной коры к изостазии (к равновесию). 7. Силой тяжести обусловлены внешние гидрологические и геологические процессы: сток вод, выпадение осадков, склоновое перемещение вещества.
Гравитационное поле – не единственная энергетическая оболочка Земли. К такому невещественному типу геосфер можно отнести магнитное поле. Рассмотрим вкратце роль магнитного поля в природных процессах Земли.
Магнитное поле Земли. Геомагнитное поле – это энергетическая оболочка Земли, которая генерируется внутриземным веществом (на границе мантии и ядра). Одна из гипотез связывает появление магнитного поля вокруг Земли с кольцевыми электрическими токами во внешнем ядре.