Объект географической науки

География — одна из древнейших наук на Земле и о Земле. Долгое время география была преимущественно описательной наукой. Ученые-географы ликвидировали так называемые "белые пятна" на географической карте. Это была пора Великих географических открытий, великих мореплавателей и землепроходцев, эпоха, окруженная ореолом романтики. В настоящее время описательный этап закончен, и географии, для того чтобы впредь называться наукой, стало необходимо получить свой объект и предмет исследования. В настоящее время многие серьёзные науки изучают Землю, и у каждой из них свой объект исследования. Геологи изучают твердь Земли, физики и химики — вещественный состав, астрономы — место Земли и её движение во Вселенной, биологи — живое вещество планеты. И у географии также нашелся свой объект исследования, который исторически складывался по мере того, как человек наносил на карту новые земли, описывал растительный и животный мир, узнавал жизнь и быт народов дальних стран. Объектом географической науки является так называемая Географическая оболочка Земли. По сути, Географическая оболочка (ГО) - это глобальный природно-территориальный комплекс, который состоит из различных компонентов более низкого ранга (литосфера, атмосфера, гидросфера и т.д.). Объекты ГО взаимодействуют и взаимопроникают друг в друга в результате действия многочисленных факторов, главными из которых являются солнечная энергия и внутренняя энергия Земли. Предметом же географии можно считать выяснение происхождения, истории развития, строения и современной динамики географической оболочки. То есть предметом географии является обнаружение и изучение основных свойств присущих объекту географии — географической оболочке в целом или ее составляющим. Вместе с тем нужно выделить также и предметную область науки, то есть ту область знаний, которая затрагивает другие науки, которые могут быть полезны для изучения Географической оболочки. К таким наукам можно отнести уже перечислявшиеся выше науки о Земле: геология, физика, химия, биология, а также астрономия, математика и некоторые другие науки. Все эти размышления об объекте и предмете науки географии были приведены для того, чтобы осознать, что главная особенность этой науки — её комплексный характер, отражающий многофакторность происходящих на Земле процессов и тесные взаимосвязи, существующие между ними. Особенно это нужно понимать при подготовке к поступлению в ВУЗ и активно использовать знания, полученные на уроках математики, физики, химии, биологии и, конечно, географии. А ореол романтики, который, как вам, наверное, показалось, исчез вместе с землепроходцами и белыми пятнами на карте, уступив место "скучным" понятиям об объекте и предмете науки, на самом деле по-прежнему остается верным спутником географа при изучении Географической оболочки Земли. И Вы поймете это, приступив к этому изучению.

Земля во Вселенной

Весь окружающий нас мир - от самых мельчайших частиц до крупнейших звезд и галактик, - образует Вселенную. Вселенная, по-видимому, бесконечна, мы не знаем что находится на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Однако человек, совершенствуя астрономические методы наблюдения, расширяет свои представления о Вселенной. Вся часть Вселенной, которую мы наблюдаем с помощью самой современной астрономической техники (оптические и радиотелескопы, космические телескопы типа Hubble), называется Метагалактикой. Исследования показывают, что в настоящее время Метагалактика расширяется. При этом расширение началось около 18-20 миллиардов лет назад в результате так называемого "Большого взрыва". Вещество во Вселенной распространено неравномерно и его распределение подчинено иерархической организации. Космические тела, благодаря притяжению, образуют системы различной сложности: планеты со спутниками, вращаясь вокруг звезды, образуют системы типа Солнечной; миллиарды "солнечных" систем формируют галактики; несколько миллиардов галактик составляют Метагалактику.

Земля занимает определенное место в этой иерархической структуре. Наша галактика называется Млечный путь (кстати, и само слово "галактика" также образовалось от греческого слова. означающего "молочный"). Его можно наблюдать в ясном небе в темную ночь в виде тянущейся светлой полосы. Наша галактика имеет дисковидную структуру диаметром около 100 000 световых лет. Млечный путь имеет сплюснутое шарообразное ядро, представляющее собой скопление старых красноватых звезд и спиралью расходящиеся от ядра рукава из молодых горячих голубых звезд. Солнечная система располагается на расстоянии 32000 световых лет от центра Галактики. Мы видим ее "с ребра" - поэтому она выглядит полосой на небе в виде Млечного пути.

Космические объекты удалены друг от друга на достаточно большие расстояния. Так, ближайшая к нам (не считая Солнца) звезда Проксима из созвездия Центавра удалена от нас на 4,24 световых года, а ближайшая галактика - Туманность Андромеды, - около 2,2 миллионов световых лет (около 2,1*10¹⁹ км). Все этиобъекты оказывают влияние на процессы, идущие в околоземном пространстве. Однако влияние бесконечно удаленных объектов проявляется только в геологическом масштабе времени. Непосредственное же влияние на геологические и географические процессы оказывают относительно близко расположенные космические объекты - объекты Солнечной системы.

Солнечная система

Солнечная система состоит из одной звезды – Солнца, восьми (с 2006 года) планет и ряда менее значительных небесных тел, таких как спутники планет, малые планеты (астероиды), кометы, а также метеоритное вещество. Солнце – звезда средней величины класса G2V (желтый карлик). В нем сосредоточено 99,86% массы всей солнечной системы. Оно центр нашей планетной системы, источник жизни на Земле, источник многих природных процессов, тепла и света. Солнце излучает большое количество энергии. Источником солнечной энергии служат термоядерные реакции превращения водорода в гелий в центральных частях Солнца, где температура превышает 10 млн К. Солнечная радиация представляет собой совокупность корпускулярного и электромагнитного излучения. Корпускулярная составляющая - поток плазмы, состоящий из протонов и электронов (солнечный ветер) и достигающий околоземного пространства, почти полностью обтекает магнитосферу Земли. Электромагнитная радиация проникает в атмосферу и в виде прямой и рассеянной радиации доходит до земной поверхности, обеспечивая постоянство существующей термодинамической обстановки. Солнечная активность подвержена циклическим колебаниям: годы активного Солнца чередуются с годами спокойного Солнца. В среднем активность процессов на Солнце изменяется с периодом около 11 лет. Планеты в сравнении с Солнцем чрезвычайно малы. В таблице даны некоторые характеристики планет Солнечной системы:

Группа	Название планет	Расстояние от Солнца млн.км (а.е.)	Размеры (экваториальный радиус), км	Время вращения вокруг Солнца	Время вращения вокруг оси	Наличие атмосферы	Средняя плотность, г/см3	Число спутников
Земная группа	Меркурий	58 (0,387)	2440	88	88	Следы	5,4	-
	Венера	108 (0,723)	6051	225 сут	243 ч	Очень плотная	5,2	-
	Земля	149,6 (1,0)	6378	365,2 сут	23 ч 56 мин 4 с	Очень плотная	5,5	1
	Марс	228 (1,524)	3393	1 год 322 сут	24 ч 37 мин 23 с	Разреженная	4,0	2
Планеты-гиганты	Юпитер	778,3 (5,202)	71400	11 лет 315 сут	9 ч 50 мин	Очень плотная	1,3	16
	Сатурн	1428 (9,539)	60330	29 лет	10 ч 14 мин	Очень плотная	0,7	17
	Уран	2870 (19,191)	26200	84 года 7 сут	17 ч 42 мин	Очень плотная	1,5	15
	Нептун	4500	25230	164 года 7 сут	17 ч 42 мин	Очень плотная	1,5	2
бывшая планета*	Плутон	5929	1100	248 лет	6 ч		2	1

*С 2006 г. Плутон перестал считаться планетой и относится к поясу астероидов Койпера за границей орбиты Нептуна. Следуя современной школьной программе, мы пока не исключаем Плутон из списка планет, сведения о нем должны быть известны школьникам.

А.э. - астрономическая единица,равная среднему расстоянию от Земли до Солнца (около 150 млн. км) Все планеты Солнечной системы шарообразны, обращаются вокруг Солнца в одном направлении; орбиты большинства планет (кроме Меркурия и Плутона) близки по форме к окружностям и лежат примерно в одной плоскости. Как видно из таблицы, планеты делятся на две группы.

Планеты земной группы (внутренняя группа) характеризуются небольшими размерами, большой плотностью вещества, малым количеством спутников планет.

К внешней группе (планеты-гиганты)относятся планеты, обладающие большими размерами и массами. В одном только Юпитере заключено 70% массы всех планет вместе с их спутниками. Это холодные тела, ядра их сложены каменным материалом и льдом, а мощные облачные атмосферы состоят из легких замерзших газов (водорода, гелия, аммиака, метана и др.). У этих планет много спутников, причем самый крупный - Ганимед (спутник Юпитера), - больше Меркурия.

Самая далекая планета Плутон со спутником Харон (точнее двойная планета Плутон-Харон) еще слабо изучена. Ее нельзя отнести ни к планетам-гигантам, ни к планетам земной группы. Плоскость орбиты Плутона наклонена примерно на 17° по отношению к плоскостям других планет. Существует мнение, что Плутон - не планета, а крупный астероид внешнего пояса астероидов Солнечной системы, расположенного за границей орбиты Нептуна (пояса Койпера).


Помимо перечисленных выше планет, в состав Солнечной системы входят так называемые малые тела: астероиды, кометы, метеориты. Интересна история открытия астероидов. В XVIII веке была популярна закономерность, известная как правило Боде-Тициуса. Напишем ряд дробных чисел: первое - 0,0 и второе 0,3, а все последующие будут вдвое больше предыдущего, то есть 0,0 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 4,8 9,6 19,2. Если прибавить к каждому из этих чисел по 0,4, то получится новый ряд (0,4 0,7 1,0 1,6 2,8 5,2 10,0 19,6), который довольно хорошо выражает средние расстояния планет от Солнца, измеренные в астрономических единицах (см. таблицу). Согласно этому правилу, на расстоянии приблизительно 2,8 а.е. от Солнца должна располагаться некая планета. Ее долго искали и даже придумали название - Фаэтон. Однако вместо планеты было обнаружено несколько тысяч малых планет - астероидов (наиболее крупные - Церера, Паллада, Юнона, Веста). Большая часть астероидов Солнечной системы располагается между орбитами Марса и Юпитера (там, где должна была располагаться планета Фаэтон, поэтому была высказана гипотеза, что астероиды являются осколками этой планеты). Однако орбиты некоторых астероидов пересекаются с орбитой Земли.

Сейчас учёные полагают, что за орбитой Нептуна, на расстоянии от 30 до 50 а.е. от Солнца, находятся более 70 000 малых тел диаметром от 100 км. Совокупная масса этих тел оценивается в 0,1 массы Земли. Большая часть таких объектов вращается по близким к круговым орбитам в плоскости эклиптики на расстоянии примерно 40 а.е. от Солнца. Это так называемый пояс Койпера. Крупнейшие из открытых на сегодняшний день: Квавар (Кваоар) диаметром ~1200 км (его даже собирались причислить к планетам) и Варуна ~900 км. К ним относят, повторим, и сам Плутон.

Другими заметными телами Солнечной системы являются кометы. Кометы движутся по сильно вытянутым эллиптическим или даже параболическим орбитам. В кометах выделяется голова и хвост. Голова состоит из ядра и комы. Ядро - это ледяной конгломерат из застывших газов с примесью тугоплавких силикатов, углекислых и металлических веществ. Ядра комет невелики, поперечник их от нескольких сотен метров до 50-70 километров. Кома - газово-пылевое окружение (водород, кислород и др.), светящееся при приближении к Солнцу. Близ перигелия из ядра кометы под влиянием солнечного тепла и корпускулярных потоков происходит испарение замерзших газов и образуется светящийся хвост кометы. Он состоит из разреженных газов и мелких твердых частиц, направленных в сторону, противоположную Солнцу. Длина хвостов достигает сотен миллионов километров, то есть при ничтожной массе кометы бывают крупнейшими телами Солнечной системы. Предполагают, что "кометное облако", окружающее Солнце, образовалось вместе с Солнечной системой. Поэтому, исследуя вещество комет, ученые получают сведения о первичном материале, из которого сформировались планеты и спутники.

Наиболее мелкими частицами Солнечной системы является космическая пыль. Наибольший интерес эти объекты представляют тогда, когда они "собираются" в так называемые метеорные потоки. Существует несколько крупных метеорных потоков, с которыми каждый год в определенное время пересекается Земля во время своего движения вокруг Солнца. Так, например, Земля пересекает орбиту Персеид около 12 августа, Орионид - 20 октября, Леонид - 18 ноября. В эти дни в районе одноименных созвездий в ночном небе можно наблюдать большое количество "падающих звезд". Метеориты влетают в земную атмосферу со скоростью до 50-60 км/с, нагреваются из-за трения о воздух до нескольких тысяч градусов Цельсия, ионизируют газовые молекулы, заставляя их излучать свет, и испаряются на высоте 80-100 км. Наиболее крупные метеориты падают на поверхность Земли. Ежегодно на земную поверхность выпадает около 2000 метеоритов общей массой около 20 тонн.

Строение географической оболочки

Географическая оболочка (ГО) - это глобальный природно-территориальный комплекс, который состоит из различных компонентов более низкого ранга (литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера). Объекты ГО взаимодействуют и взаимопроникают друг в друга в результате действия многочисленных факторов, главными из которых являются солнечная энергия и внутренняя энергия Земли. Географическая оболочка - это внешний слой планеты Земля. Довольно трудно определить её границы. За нижнюю границу обычно принимают верхние слои литосферы (10-12 км - средняя граница земной коры), а за верхнюю - нижние слои атмосферы (20-30 км - высота озонового слоя Земли). Компонентами ГО являются: вещество атмосферы (воздух), гидросферы (вода), литосферы (горные породы), организмы. Их сочетания можно выделить на поверхности Земли в любом месте, потому что ГО - сплошная. Сплошная, но не везде однородная. Её можно разделить на разные по размерам участки (природные комплексы). Среди них есть как сходные между собой, так и не похожие друг на друга. Одной из главных причин разнообразия природы географической оболочки является движение в ней веществ в виде круговоротов (круговорот воды, минерального вещества, биологический круговорот и т.д.). О важнейших круговоротах ГО речь пойдет в дальнейшем при более подробном изучении её компонентов. Для географической оболочки характерна целостность. То есть изменение одного компонента приводит к изменению других. Например, при сильнейшем извержении вулкана Кракатау в 1883 г. вулканический пепел в атмосфере достиг высоты 80 км. Разнесенный воздушными потоками, он уменьшил прозрачность атмосферы. В течение нескольких лет это сказывалось на нагревании земной поверхности, на погодных процессах во всех регионах Земли. Для природных процессов в географической оболочке характерна ритмичность, то есть повторение явлений через определенное время. Это суточные ритмы, связанные с вращением Земли вокруг своей оси. Они отражаются в смене дня и ночи, изменениях в элементах погоды, в смене направления бриза, в приливах и отливах, в процессах выветривания горных пород, в режиме существования организмов, в том числе - и человека. Это и годовые ритмы, связанные с движением Земли вокруг Солнца. Благодаря годичным ритмам происходит смена времен года. В результате формируется определенный режим рек и озер, происходит перемещение умеренных, тропических, экваториальных воздушных масс то на север, то на юг, развитие растений и животных. Однако повторение природных явлений из года в год не строгое. Происходит направленное изменение природных комплексов. Например, половодье на реке в один год было низкое, а на следующий год - высокое. В результате русло изменило свое положение, произошла перестройка природного комплекса в долине реке. Таким образом, из года в год долина реки изменяется. Кроме того, в истории формирования ГО выявляются геологические ритмы, продолжительность которых тысячи и миллионы лет. Например, смена ледниковых и межледниковых эпох, периоды горообразования и т.д. Как уже говорилось, ГО неоднородна. В результате сложного взаимодействия компонентов ГО в конкретных географических условиях возникают различные природно-территориальные комплексы (ПТК). ПТК можно разделить на ранги. ПТК самого высокого ранга будет сама Географическая оболочка. Внутри ГО выделяются природные комплексы материков и океанов. Каждый материк имеет свои ПТК. Например, на материке выделяют физико-географические страны, различающиеся строением фундамента, рельефом, климатическими особенностями, почвенно-растительными сообществами, широтной зональностью и высотной поясностью.

Закон широтной географической зональности

Одна из главных закономерностей структуры Географической оболочки – это закон широтной зональности. Она проявляется в закономерной смене природных комплексов от полюсов к экватору (см. раздел Географические координаты. Географические полюса, экватор). Широтная зональность – следствие шарообразной формы Земли, ее положения по отношению к Солнцу, осевого и орбитального движений (см. раздел Формы движения Земли и их географические следствия). Шарообразность Земли является причиной разного угла падения солнечных лучей на разных широтах, следовательно, наблюдается закономерное уменьшение количества солнечной энергии на единицу площади от экватора к полюсам. Дифференциация географической оболочки по зональным признакам выражается, прежде всего, в делении на географические пояса и зоны (пояса выделяются по различиям теплового режима, зоны – по различиям соотношения тепла и влаги). Наряду с зональными природными комплексами, значительные пространства суши заняты азональными (не зональными) природными комплексами. Поэтому солнечная радиация, идущая под одним углом на одной широте, благодаря различиям в характере подстилающей поверхности, перераспределяется. В результате возникают условия, отличные от характерных для данного географического пояса.

Движение Земли по орбите вокруг Солнца. Кардинальные точки

Путь Земли вокруг Солнца называется орбита (orbita = дорога, колея). Орбита Земли представляет собой эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Длина орбиты — более 930 млн км. Отражением движения Земли по орбите является видимое движение Солнца по эклиптике. Эклиптика — большой круг небесной сферы, образующийся при пересечении ее плоскостью орбиты.

Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелий (около 147 миллионов километров); Земля проходит ее в первых числах января (2-5). Наиболее удаленная точка орбиты — афелий (около 152 миллионов километров); Земля ее проходит а начале июля (3-7). Изменение расстояния до Солнца влияет на скорость движения Земли: чем дальше от Солнца (в июле), тем меньше скорость. Поэтому (с учетом расстояния от Земли до Солнца в разные периоды года) в северном полушарии зима короче лета примерно на неделю, а в южном — наоборот. В настоящее время ось вращения Земли наклонена к области орбиты под углом примерно 66,5° и перемещается в течение года в пространстве параллельно самой себе. Важнейшими следствиями наклона земной оси являются смена времен года и неравенство продолжительности дня и ночи. На земной орбите можно выделить так называемые кардинальные точки. Прохождение через них связано со сменой освещенности планеты. Это точки весеннего и осеннего равноденствия и точки летнего и зимнего солнцестояния. 22 июня (день летнего солнцестояния) земная ось северным концом обращена к Солнцу, максимально освещено северное полушарие, т.е. севернее экватора день длиннее ночи (вплоть до полярного круга); начиная с широты северного полярного круга до полюса территория полностью освещена Солнцем — там наблюдается полярный день. В южном полушарии — наоборот, до полярного круга день короче ночи, а, начиная с южного полярного круга и южнее, — полярная ночь. В этот день Солнце в зените (солнечные лучи в полдень падают отвесно) на северном тропике. 22 декабря (день зимнего солнцестояния) земная ось южным концом обращена к Солнцу, максимально освещено южное полушарие, начиная с широты южного полярного круга до полюса территория полностью освещена Солнцем — там наблюдается полярный день. В северном полушарии — наоборот, до полярного круга день короче ночи, а, начиная с северного полярного круга и севернее, — полярная ночь. В этот день Солнце в зените (солнечные лучи в полдень падают отвесно) на южном тропике. 21 марта (день весеннего равноденствия) и 23 сентября (день осеннего равноденствия) Солнце в зените над экватором, а граница раздела дня и ночи (терминатор) проходит через полюса и делит все параллели пополам, таким образом освещены ровно половина северного и половина южного полушарий, т.е. на всей Земле день равен ночи.