Тема 4. Динаміка ландшафтної оболонки
Певні джерела енергії призводять до руху речовини в географічній оболонці. Рух може бути оберненим (динамічні рухи) і необерненим (рухи розвитку). В географічній оболонці частішими є динамічні рухи (кругообіги, циркуляційні процеси), проте, за певних умов, можуть формуватись і необернені рухи, наприклад, катастрофічні потоки – селі, зсуви, торнадо тощо. Динамічні рухи можуть бути більш і менш інтенсивними, що залежить від характеру речовини. Найбільш динамічними є рухи в атмосфері й гідросфері, в основі яких лежать термодинамічні процеси. З метою розуміння механізму рухів в атмосфері, Світовому океані та взаємодії між ними у науковий обіг введено поняття «географічна теплова машина», сутність якої полягає в тому, що для руху потрібна різниця в температурі, тобто щось має виступати в якості нагрівача і холодильника. Стосовно атмосфери і Світового океану нагрівачем виступає Сонце, його сонячна енергія, в якості ж холодильника виступає атмосфера Землі. Іншими прикладами нагрівача і холодильника можуть слугувати на глобальному рівні літня та зимова півкулі планети, на локальному рівні - море і суходіл (згадаймо про бризи).
В атмосфері нашої планети, залежно від масштабів, найбільш яскраво виражені три системи атмосферної циркуляції:
екватор – полюси (приклад – пасати),
материки – океани (приклад – мусони),
внутрішня водойма – навколишній суходіл (приклад – бризи), гори – рівнини (гірсько-долинні вітри).
Перенесення повітря в атмосфері здійснюється у вигляді вихрових потоків – циклонів (рис. 15,16,17) та антициклонів, однією з причин утворення яких є уповільнення обертання Землі з відповідною віддачею енергії у космічний простір (циклони) та пришвидшенням такого обертання з відповідним отриманням енергії з космосу (антициклони).
Водні об’єкти гідросфери (океани, річки, льодовики (рис. 18), озера, водоспади (рис. 19), болота, підземні води, ґрунтова волога, підземний лід зони багатолітньої мерзлоти) характеризуються неоднаковим ступенем динамічних процесів, відповідно для різних водних об’єктів різним є характер їх водообміну. Особливо інтенсивним він відмічається у ґрунтах (один день) і найменш інтенсивним в зоні багатолітньої мерзлоти (10000 років).
Вчені виділяють чотири основні типи кругообігу води в географічній оболонці – материковий, океанічний, атмосферний та господарський (антропогенний), для кожного з яких характерні наступні фактори, що спричинюють певний вид циркуляції:
Рис. 15. Циклонічна система атмосфери Землі (Фото NASA)
Рис. 16. Торнадо (початкова стадія)
Рис. 17. Торнадо (стадія утворення каналу)
Рис. 18. Один з льодовиків Кавказу
Рис. 19. Водоспад Ісландії
неоднаковість прогрівання суходолу, а відповідно випаровування та випадання атмосферних опадів (материковий тип);
вітрові потоки з відповідним утворенням хвиль та течій (океанічний тип);
термохалінні фактори: різниця в температурі води, солоності, відповідно - густині води (океанічний тип);
випаровування, сублімація (перехід речовини з твердого стану в газоподібний з проминанням рідкої фази), конденсація - процес переходу газу або насиченої пари в рідину чи тверде тіло внаслідок охолодження або стиснення їх (атмосферний тип);
створення водосховищ, ставків, хвостосховищ тощо (господарський тип).
Достатньо динамічними рухами в географічній оболонці відзначається літосфера, де формуються літосферні потоки, кругообіги. Такі ріхи можуть бути пов’язані як лише з самою речовиною літосфери, так і з мінеральним перенесенням в межах інших геосфер ГО. Важливу роль в динаміці речовини і енергії в літосфері відіграє тугопластичний шар мантії, - астеносфера.
Ріхи, що пов’язані лише з речовиною літосфери, першочергово, обумовлені дією ендогенних (внутрішніх) процесів, але значною мірою вони пов’язані й з екзогенними (зовнішніми) процесами.
Ендогенні процеси викликають рухи повільні (тектонічні) або раптові (землетруси, часто - виверження вулканів). Здебільшого такі процеси пов’язані з рухами літосферних плит, складовими яких є земна кора континентального або океанічного чи перехідного типів та самий верхній шар мантії. Літосфера поділена тектонічними процесами на окремі геоблоки, - літосферні плити, внутрішні частини яких здебільшого не зазнають сейсмічних рухів, в той час як крайові зони, тобто межі літосферних плит, відзначаються сейсмічною активністю, подекуди проявом вулканізму. Виділяють два види літосферних меж. Перший вид меж характеризується дивергентними рухами, - рухами за яких літосферні плити поступово віддаляються одна від одної, розходяться. Другий вид зон відзначається конвергентними рухами, рухами сходження, насовування, занурення, підсовування одних літосферних плит під інші. Зони з наявністю дивергентних ріхів отримали назву зон спредінгу, зони конвергентних рухів відносять до зон субдукції.
Проявом зон спредінгу на поверхні Землі є наявність рифтів, що сформувалися вздовж підводних серединно-океанічних хребтів. Проявом субдукції є глибоководні жолоби, острівні дуги, високі гірські масиви.
Подекуди літосферні плити можуть рухатись вздовж одна одної, утворюючи при цьому трасформні розломи.
Літосферні плити тісно пов’язані з конвективними рухами в мантії Землі. Там, де конвективні кільця сходяться у висхідний потік, літосфера здіймається і розсовується, в результаті чого формуються серединно-океанічні хребти та рифти, відбувається вилив базальтової лави і перетворення її у вулканічну гірську породу. Такі процеси відповідають зоні спредінгу, - зоні з розсовуванням літосферних плит, швидкість якого складає від декількох міліметрів до 18 см.
Живі організми в географічній оболонці характеризуються як рухом речовини та енергії в самому організмі, так і загалом рухом у навколишньому природному середовищі, звідси і наявність біологічного та біогеохімічного кругообігів.
В основі біологічного кругообігу лежать процеси утворення (синтезу) та руйнування органічної речовини, тобто процеси фотосинтезу, дихання, розкладання. Основою біогеохімічного кругообігу є рух хімічних елементів, який одночасно охоплює живі організми і загалом все навколишнє природне середовище. До числа таких елементів, першочергово, належать:
вуглець (в природі зустрічається як у вільному стані, - алмаз, графіт, так і у вигляді різноманітних сполук, при цьому його основна маса концентрується в осадових гірських породах. Завдяки вуглецю утворюються стійкі органічні сполуки (торф, вугілля, нафта, газ) та неорганічні утворення, з яких найбільш поширені карбонати кальцію, магнію і заліза. Сполуки вуглецю є основою всіх рослинних і тваринних організмів);
азот (один з найбільш поширених елементів на Землі. Основна його маса сконцентрована у вільному стані в атмосфері. Азот здатен накопичуватися у грунтах та в живих організмах, він є одним з найважливіших хімічних елементів, що входить до складу живої клітини);
водень (знаходиться переважно в гідросфері у складі води. Це -важлива складова білків, нуклеїнових кислот, жирів тощо. Величезні маси водню, разом з киснем, беруть участь у кругообігу води – одному з найбільш потужних циклічних процесів на планеті);
кисень (переважно міститься в літосфері у вигляді диоксиду кремнію та силікатів. Окрім цього, кисень є у складі води. В атмосфері кисень знаходиться у молекулярному вигляді. Він є продуктом процесів життєдіяльності рослин і разом з цим однією з основних умов існування життя на Землі. Кисень входить до складу багатьох органічних сполук. Між живими організмами і атмосферою відбувається постійний обмін киснем. Не дивлячись на виділення кисню зеленими рослинами, його вміст в атмосфері не збільшується. Одночасно з фотосинтезом відбувається розкладення органічної речовини, але при цьому поглинається практично весь кисень, що виділяється. Частина кисню витрачається на окислення неорганічних речовин. Незначна кількість атмосферного кисню бере участь в циклі утворення й руйнування озону).
Живі організми можуть бути автотрофними (потрібна неорганічна речовина, - зелені рослини) і гетеротрофними (потрібна органічна речовина, - тварини, гриби, більшість бактерій). Між ними формуються певні трофічні зв'язки.
Баланс органічної речовини
Складові: біомаса (максимум у вологих тропічних лісах, - 70 кг/м.куб, в степах 2,5 — 3.5 кг/м.куб, але 80% степової біомаси сконцентровано в грунті, підгрунті), мортмаса, продукція
Біогеохімічні цикли (вуглецевий, азотний, кисневий)
Біогеохімічна диференціація, - вибіркове поглинання фосфору, сірки, кальцію...