Планетарные термические пояса

Пояс	Среднегодовая t, °С	Радиационный баланс, кДж/(см2тод)	Сумма активных температур, (>10°С), за год на южной (северной в Южном полушарии) границе поясов		агроклиматические пояса
Полярный	-23—15	21—42	<400°субаркт. 400-1200°	400—500	очень холодный холодный
Бореальный	-4 + 4	42—84	1200-2200°	2 400	умеренно-холодный
Суббореальный	+ 10	84—210	2200 - 4000	4 000	умеренный
Субтропический	+ 15	210—252	°4000 - 8000°	6 000—8 000	теплый
Тропический	+ 32	252—336	> 10000°	8 000—10 000	жаркий

Основой для выделения главн. термических групп климата является тепловое состояние атмосферы характеризуемое годовыми величинами радиационного баланса, а также определенный уровнем температуры воздуха (среднегодовой и за отдельные месяцы). Величины годового радиационного баланса в ккал¹ на I см² приблизительно пропорциональны суммам температур. Поэтому вместо радиационного баланса в качестве показателя теплообеспеченности растений и потенциальной биологической продуктивности климата используются годовые суммы среднесуточных t > 10’C за вегетационный период.

По сумме t>10’ идет дифференциация широтных зон. Такие температуры называют активными, поскольку это основной период вегетации растений) Суммы активных температур (>10°С) почвы на глубине 20 см также нарастают с севера (<400°) на юг (6800° и более) .

Интенсивность выветривания, фотосинтеза и образования органического вещества, жизнедеятельность животных и бактерий неизмеримо увеличиваются в направлении от полярных областей к теплым тропическим — экваториальным. В этом же направлении возрастает интенсивность почвообразовательного процесса, как в той его форме, которая сопровождается разрушением минералов, разложением органического вещества и выщелачиванием, так и в тех формах, которые сопровождаются притоком, накоплением и синтезом новых минеральных и органических соединений

Чем выше радиационный баланс местности, тем при достаточной влажности больше синтезируется растительной биомассы и тем выше биологическая продуктивность территории.

Влага

Количество выпадающей из атмосферы воды в различных природных зонах сильно варьирует. В целом поступление атмосферных осадков резко нарастает от полюса к экватору. Однако внутри континентов наблюдаются значительные отклонения от этой общей закономерности в связи с особенностями атмосферной циркуляции, размером и строением материков, наличием горных цепей и низменностей, близостью расположения местности от побережья морей и океанов, наличием холодных или теплых морских течений.

Высоцкий впервые т характер-л климата как фактор водного режима. Ввел понятие КУ.

КУ=∑Ос(мм)/Исп(мм).

Испаряемость — количество влаги (мм), которое испаряется с открытой водной поверхности за определенный промежуток времени в данных климатических и погодных условиях. Для лесной зоны равна 1,38, для лесостепной— 1,0, для степной черноземной — 0,67 и для зоны сухих степей — 0,33

В дальнейшем понятие о коэффициенте увлажнения было детально разработано Б. Г. Ивановым (1948) для каждой почвенно-географической зоны, а коэффициент стал называться коэффициентом Высоцкого — Иванова (КУ).

По обеспеченности водой суши выделяются след. обл-ти:

Климатические области	Среднегодовое количество осадков, мм	Коэффициент увлажнения(КУ)
Исключительно сухие (супераридные)	10—20	0,2—0,1
Засушливые (аридные)	50 — 150	0,5—0,3
Умеренно сухие (семиаридные)	200—400	0,7—0,5
Влажные (гумидные	50—800	1,0
Избыточно влажные	1500—2000	1,2—1,5
Особенно влажные (супергумидные)	3000—5000	1,5—2,0—3,0

Из ГП:

Обеспеченность растений влагой

зоны по обеспеченности растений влагой	КУ	почвы (примеры)
избыточно-влажная	>1.33	болотные, глееподзолистые
влажная	1.33-1.00	подзолистые
недостаточного увлажнения	1.00	серые лесные, черноземы
засушливая	0.55-0.33	черноземы южные, темно-каштановые
сухая	0.33-0.12	бурые, серо-бурые пустынные

В соответствии с поступлением влаги и ее дальнейшим перераспределением каждый природный регион характеризуется показателем радиационного индекса сухости К = R/ar, где R— радиационный баланс, кДж/(см²•год), r — количество осадков в год, мм, а — скрытая теплота фазовых преобразований воды, Дж/г Радиационный индекс сухости показывает, какая доля радиационного баланса тратится на испарение осадков Изолинии индекса сухости в северном полушарии в общем совпадают с распространением природных зон.

Индекс сухости для зон и подзон северного полушария:

Зоны и подзоны	R/ar	Зоны и подзоны		R/ar
Северная тундра	0,37—0,40	Широколиственные леса		0,85—1,00
Южная тундра	0,40—0,55	Лесостепь		1,00—1,30
Лесотундра	0,55—0,56	Степи		1,30—2,50
Северная тайга	0,56—0,60	Северные полупустыни		2,50—4,00
Средняя тайга	0,60—0,75	Южные полупустыни и Пустыни		3,00—15,00
Южная тайга	0,75—0,85

При избытке годовых осадков и низком значении радиационного баланса индекс сухости меньше единицы. При избытке тепла и недостатке годовых осадков радиационный индекс сухости значительно выше единицы.

Учет радиационного баланса и радиационного индекса сухости позволил выявить географические закономерности годичной биологической продукции (а также запасов фитомассы) в теснейшей связи с особенностями климата

При R<147—168 кДж/(см²•год) на повышении продукции особенно сказывается увеличение тепловых ресурсов. При R> >147—168 кДж/(см²•год) основная роль принадлежит воде. Таким образом, если ресурсы тепла достаточно велики, дополнительное увлажнение приводит к увеличению продукции, при недостатке тепла — к ее снижению.

Гидротермический коэффициент Г.Т.Селянинова

Кгт=Р:Т·10, где Р- сумма осадков за период с температурой воздуха выше 10; Т-сумма суточ. температур выше 10ºС за вегетационный период. ГТК, равная 0,5 и менее, означает «сухо», 0,6—1,0 — «засушливо», 1,1—1,5 «влажно», 1,6— 2,0 — «очень влажно».

Для расчета возможного урожая по тепловым ресурсам предложен ряд комплексных показателей. В основу расчета по био-гидротермическому потенциалу продуктивности (БГПП) положена зависимость урожая от гидротермического потенциала , включающего взаимовлияние света, тепла и влаги, в виде эмпирической формулы

Кр=Е*Tv/36R

где К — биогидротермический потенциал продуктивности (баллы): E — продуктивная влага, мм; Tv — период вегетации, число декад; R — радиационный баланс за этот период, ккал/см2. Переход от баллов к урожаю проводится по формуле

Уб=В*Кр

где У6— урожай биомассы (ц/га): В — эмпирический коэффициент, зависящий от вида и сорта растений, условий питания, уровня агротехники и других факторов

Микроклимат

Помимо «общеземного» климата, определяющего главные особенности закономерного размещения почв, в процессах почвообразования большую роль играет местный климат-микроклимата». Возникновение того или иного типа «микроклимата» определяется в основном формами рельефа, экспозицией склонов и характером растительного покрова.

В. Р. Волобуев (1983) к области микроклимата относит приземный слой воздуха на высоте до 2 м от поверхности Земли и его сопряжение с поверхностными слоями почвы с соответствующими климатическими параметрами.

Для оценки взаимодействия между приземным слоем атмосферы и почвой берется сопряженность среднегодовой температуры воздуха на уровне 2 м от поверхности Земли и среднегодовой температуры почвы на глубине 20 см от поверхности Земли Между этими величинами существует строгая связь, позволяющая установить наиболее общие количественные соотношения, носящие в общем прямолинейный характер как по среднегодовым, так и по сезонным показателям

Аналогичные закономерности были установлены и по водному режиму почв. Есть тесная связь влажности почв (в расчетном слое 0,4 м) с климатическими показателями увлажненности — относительной влажностью воздуха и коэффициентом увлажненности КУ.

Чередование в рельефе положительных (водоразделы, склоны) и отрицательных (впадины, межсклоновые долины, долины рек) элементов рельефа способствует перераспределению по территории влаги атмосферных осадков и созданию контрастных водных режимов почв возвышенных и пониженных участков. На террасах и поймах при этом сказывается влияние близкого уровня грунтовых вод и паводков.

На равнинных территориях перераспределителем тепла и влаги служит микрорельеф. Микрозападины являются местными аккумуляторами поверхностных вод и играют значительную роль в создании местного микроклимата.

Не меньшая роль в создании микроклимата принадлежит растительности. При одинаковом строении рельефа создаются большие различия в водно-тепловом режиме почв на участках, занятых лесной растительностью и открытым полем или лугом.

Биогидротермический потенциал??????

Роль атмосферных осадков в почвообразовании

Значение атмосферных осадков в жизни организмов, особенно растений, и в почвообразовательных процессах крайне велико. С атмосферными осадками, поступающими в почву, связаны растворение, выщелачивание и перенос подвижных соединений в пределах различных форм рельефа, а также перенос на дальние расстояния механических и химических осадков с водами поверхностного и подземного стока. Uрунтовые воды суши в условиях влажного климата питаются непосредственно атмосферными осадками. В дельтах и поймах рек значительное количество воды теряется на инфильтрацию и подпитываниегрунтовых вод.

Благодаря атмосферным осадкам идут процессы гидролиза первичных минералов и формирования вторичных глинистых минералов. С атмосферными осадками выпадает на поверхность почвы не только пыль, но и окислы азота, аммиак, растворенная угольная кислота, а в

индустриальных районах — микроэлементы, токсические соединения. Влага атмосферных осадков удерживается в почвенных горизонтах и используется растениями при фотосинтезе и для создания биомассы, которая в последующем является источником энергии и питательных веществ для животных и микроорганизмов. С осадками, таким образом, прямо и косвенно связаны процессы гумусообразования в почвах.

В конечном счете с движением воды связаны и процессы формирования основных генетических горизонтов почвы — гумусового, горизонтов разрушения, горизонтов накопления вещества, а также явления эрозии и переотложения смытого материала. Осадки влияют и на местный термический режим почв. Отсутствие снега или его слабый покров при холодных зимах в Центральной Азии и Сибири приводит к глубокому промерзанию почвенной толщи и даже к образованию вековой мерзлоты. Мощный снежный покров, выпадающий на незамерзшую почву,

утепляет и защищает ее от промерзания. Все это, конечно, отражается на характере почвообразовательного процесса и сказывается на практике земледелия.

В аридных областях образуются почвы высокой карбонатности, малой гумусности, не очень богатые коллоидами и глинистыми минералами и поэтому с низкой поглотительной способностью. С возрастанием количества атмосферных осадков процессы выщелачивания почв усиливаются, повышается содержание гумуса и глинных минералов, возрастает поглотительная способность почв. Однако при избыточном увлажнении значительно увеличивается кислотность почв, разрушаются глинные минералы группы монтмориллонита и каолинита, снижается содержание гумуса, уменьшается поглотительная способность и развивается амфолитоидность почв.

Совместное влияние атмосферных осадков и тепла.

Выражается в КУ( см. выше) Иванова. Волобуев разработал концепцию гидротермических рядов и установил общепланетарную связь между атмосферными осадками, среднегодовыми температурами, радиационным балансом, испаряемостью и особенностями почвенного покрова. Эти соотношения хорошо иллюстрируются графиком:

Зависимость между гидро- термическими условиями и почвенным покровом (по Волобуеву, 1953)

1 — сероземы и пустынные почвы;

2— каштановые почвы;

3 — черноземы;

4 — подзолы;

5 — тундровые почвы;

6 — бурые лесные почвы;

7 — желтоземы;

8 — латериты;

9— красноземы, чаще оподзоленпые;

10 — слабовыщелоченные почвы сухих лесов;

Л — красно-бурые почвы

Совместное влияние гидротермических условий хорошо прослеживается на растительности, на биологической продуктивности и на гумусо- образовании. Оптимальные условия для фотосинтеза и продуктивности фитобиомассы создаются при определенных отношениях атмосферных осадков, температуры и потенциальной испаряемости.

Разложение и гумификация органического вещества также являются функцией совместного влияния увлажнения и температуры Наиболее полное разложение органического вещества, до 90% от исходной массы, создается при влажности порядка 60—65% и температуре 45—50°. Если влажность и температура выходят за эти пределы, то процесс минерализации органического вещества задерживается. Происходит накопление органического вещества в виде торфа, гумуса и т. д.

Зависимость запасов гумуса в почвах земного шара от гидротермических условий :Максимальные запасы гумуса наблюдаются в почвах с невысокими среднегодовыми температурами и уравновешенным увлажнением. Большое увлажнение приводит к увеличению запасов гумуса только при повышении термических условий, при недостаточно высокой среднегодовой температуре повышение увлажнения вызывает уменьшение запасов гумуса

В распределении запасов органического углерода в почвенном покрове России отчетливо прослеживаются зональные и внутризональные географические закономерности. Максимальные запасы Сорг приходятся на южнотаежную зону (21% от общего запаса РФ), затем следуют средняя

(17%) и северная тайга (13%). Таким образом, в таежно-лесной зоне сосредоточен более половины (51%) запаса Со г в почвах России, причем в основном за счет болотных и полуболотных почв.

Запасы гумуса и климатические

условия основных почвенных

типов и подтипов в пределах СССР

А — запасы гумуса в почвах до глубины

100—200 см в кг на 1 м1 площади;

Б — средняя годовая: а — температура; б —

сумма осадков.

Почвы:

1— подзолистые;

2,3,4 — оподзоленные лесостепные: светлые

(2), темные (3), выщелоченные (4);

5,6 — черноземы : мощные (5), обыкновенные(6);

7,8 — каштановые: темные (7), светлые (8);

9 — сероземы

Максимальное содержание гумуса, порядка 80 кг/м3 обнаруживается лишь в определенных

группах черноземов, там, где коэффициент увлажнения приближается к единице. При других соотношениях увлажнения и температуры содержание гумуса в почвах резко уменьшается.

Суммарный эффект совместного влияния осадков и температуры на почвообразование очень сложен. Многое зависит от сочетания гидротермических условий и почвенно геохимической обстановки местности и особенно от соотношения приходных и расходных статей в балансе веществ,вовлеченных в почвообразовательный процесс.

На плато в условиях умеренно влажного или умеренно теплого климата будут формироваться почвы глубокого профиля, большой выветренности и выщелоченности, значительной глинистости, с развитым гумусовым горизонтом и высокой поглотительной способностью.

При тех же температурах и влажности, но в условиях аккумулятивного рельефа, с плохим естественным дренажем и затрудненным оттоком, почвообразовательный процесс будет иметь совершенно другой характер. Здесь будут развиваться процессы заболачивания и оглеения, торфообразования, накопления вторичных минералов, окислов железа, марганца « т. д.

Именно такой значительной разницей в почвообразовательном эффекте осадков и температуры в зависимости от рельефа и геохимического баланса местности объясняется тот факт, что во влажных тропиках и субтропиках красноцветные аллитные почвы существуют лишь на

повышенных плато, а на низменных равнинах и в депрессиях образуются слитые черные или торфяно-болотные почвы и железистые латериты.

Не менее сильная разница в почвообразовании будет при условиях сухого климата на платообразных равнинах и в обширных депрессиях. В этом случае в депрессиях будут формироваться монтмориллонитовые и иллитовые глины, гумусные, карбонатные, луговые, щелочные или сильнозасоленные почвы, иногда соляные или известково-гипсовые коры. В таком же сухом климате, при тех же величинах осадков и температуры, но на плато будут образовываться малогумусные, незаселенные или остаточно засоленные почвы не очень большой мощности.

Простое сведение почвообразовательного процесса только к его зависимости от тех или иных соотношений температуры и атмосферных осадков в современном климате, конечно, будет недостаточным и может привести исследователя к ошибочным заключениям.

Одной из важнейших особенностей гидротермических условий является их сезонный и суточный ритм и режим. Существует ритм световой и температурный в течение дня; в средних и высоких широтах отчетливо различаются времена года и смены теплых сезонов холодными, дождливых засушливыми. В климате земного шара и отдельных территорий отчетливо выявляются 11-летние, 25-летние и 100-летние периодические колебания притока тепла и количества атмосферных осадков. Все эти пульсирующие ритмические явления суточных, сезонных и многолетних колебаний влажности, света и тепла, поступающих на Землю, отражаются в суточных, сезонных, годичных и многолетних циклах динамик почвообразовательного процесса

Роль человека в изменении климата

Из Мелиорации:

Климат обусловлена рядом гидрологических, термических и других параметров. Поскольку гидромелиоративные мероприятия прежде всего влияют на водный режим почв, особое значение приобретает количественная характеристика увлажненности территории. С этой целью используют гидротермические коэффициенты.

Количественная характеристика климата

1.Коэффициент водопотребления А.Н.Костякова

α=µ·Р:E, где P-осадки,мм; E-испаряемость,мм; µ=1-Kc, Kc-коэффициент стока (т.е. отношение объема поверхностного или грунтового стока к объему осадков, выпавших на данную территорию за одно и тоже время).

α>1,2-избыточно влажная зона α=1,2-0,8-неустойчивая зона α<0,8-недостаточно влажная зона