Концепции современного естествознания. Ответы на экзаменационные вопросы

5.Все материки имеют форму клиньев или треугольников, острие вершин которых обращены на юг.

6.Между площадями континентов и их средними высотами имеется прямая зависимость: чем больше площадь континента, тем больше его средняя высота и мощность литосферы. Наблюдения с помощью спутников показали, что южное полушарие несколько выпукло, фигура Земли грушевидна. Эта выпуклость в процессе вращения изживается. Земная кора в южном полушарии имеет тенденцию к опусканию, почему здесь и образовался океан. В северном полушарии литосферы свойственны восходящие движения.

Географическое значение суточного вращения земного шара исключительно велико:

1.Определяется зональность природы.

2.Оборот Земли вокруг оси создает благоприятную для жизни смену нагревания и охлаждения земной поверхности Солнцем.

3.Объективно определяются две постоянные точки – полюсы. Это дает возможность построить на шаре координатную сетку, т.е. меридианы, параллели и экватор.

4.Обращение Земли вокруг оси дает основную единицу времени – сутки и разделение их на две части – день и ночь.

5.Вращение Земли вокруг оси вызывает отклонение движущихся тел от первоначального направления в северном полушарии вправо, а в южном влево (силы кориолиса).

6.Вращение Земли, ассиметричной по экватору, обуславливает неравенство проявления тектонических напряжений

вразличных меридиональных секторах.

Земля вместе с Солнцем вращается вокруг центра Галактики. Продолжительность этого оборота, называемая Галактическим годом, равна 175–180 млн лет.

Земля представляет собой большой магнит. Магнитное поле испытывает периодические и непериодические колебания. Связь магнитных элементов с геологическими структурами используется для разведки полезных ископаемых.

Ядро Земли – пока загадка для науки. Известно, что его радиус – 3500 км и температура около 4000 °С.

91

6.2. Гидросфера

Гидросфера (от греч. hydro – вода и sphaira – шар) – водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность океанов, морей и континентальных водных бассейнов – рек, озер, болот и других подземных вод, ледников и снежных покровов. Вода – самый распространенный на Земле минерал.

Как окись водорода Н2О вода должна превращаться в пар уже при 80 °С и в земных условиях быть только в газообразном состоянии. Но благодаря интенсивному движению молекул воды температура ее плавления и кипения повысилась до 0 и 100 °С. Вода – единственный минерал, который в земных условиях находится в трех состояниях – жидком,

твердом и газообразном.

К уникальным свойствам воды относят:

•способность к растворению очень многих веществ;

•высокая теплоемкость;

•нахождение в жидком состоянии в интервале от 0 и 100 °С;

•большая легкость воды в твердом состоянии (льда) по сравнению с жидким.

Вода способна проникать в различные среды во всех направлениях, независимо от силы тяжести. Вода выступает

икак транспортирующее средство. Водой перемещаются большие массы вещества земной коры. Это эрозия горных пород в одних местах и перенос их в другие места и аккумуляция. Твердая вода (снег и лед) защищает почву и живое вещество от зимнего промерзания.

Универсальная растворительная способность воды обеспечивает обмен веществами внутри географической оболочки, что обеспечивает само существование жизни.

Химическое воздействие воды на минералы земной коры играет большую роль в развитии материков, в обмене веществами между сушей и океаном.

Действие воды в количественном отношении соизмеримо только с солнечной радиацией, а в качественном она не заменима. Круговорот веществ в природе является условием возникновения и развития жизни на Земле.

Наземные и подземные воды образуют водную оболочку планеты – гидросферу – непрерывную водную оболочку

92

Земли. В одних местах – это океаны, озера, ледники, в других – это подземные воды.

Мировой океан включает все моря и океаны Земли, которые покрывают 3/4 поверхности суши (361,1 млн км2). В Мировом океане сосредоточено 98 % воды (поверхностной).

ОбщийобъемгидросферыЗемлисвыше1млрд800млн км3. Из них в океанах и морях – 1330 млн км3, в земной коре около 460 млн км3, в ледниках 30 млн км3, в озерах 750 тыс. км3,

вреках 1,2 тыс. км3. На пресную воду на всей планете приходится только 2,80 %; из них 2,15 % находятся во льдах и только 0,65 % в жидком состоянии – в реках, озерах и подземных резервуарах. Главная масса воды – 97,2 % – соленая океаническая.

Мировой океан условно разделен на четыре океана: Атлантический, Тихий, Индийский и Северный Ледовитый.

Гидросфера едина: вода, испаряющаяся с поверхности океанов, через тропосферу проникает на континенты, образуя подземные и поверхностные воды суши и стекает снова

вокеаны.

Между материковой и океанической поверхностями происходит сложное взаимодействие:

1.Перенос влаги с океанов на материки и обратный сток

еес суши в океан.

2.Перенос тепла. Океаны усваивают основную массу солнечной радиации и в процессе циркуляции гидросферы перераспределяют ее по земной поверхности.

3.Обмен минеральными веществами, в том числе солями.

4.Обмен между океанами и материками происходит и через органический мир Земли. Дно океанов и морей покрыто осадочными образованиями – морскими наносами. На дне Мирового океана находятся огромные залежи полезных ископаемых. В больших количествах нефть добывается в Каспии, Карибском море, около Аляски и в других районах. Океанические силы органического происхождения могут служить источником фосфора, органического азота и других соединений.

В воде Мирового океана обнаружено 44 элемента. Наибольшее количество – соли. Глубинная вода из-за высокого давления находится в жидком состоянии в виде рассола

93

хлоридно-натриевого и кальциевого состава. Около 98,5 % всех вод планеты относятся к рассольным. Большая часть пресных вод сосредоточена во льдах.

Многие соединения из океанов извлекаются живыми организмами, которые строят из них свои скелеты и раковины. В основном это кальций и кремний. некоторые живые организмы извлекают из воды йод, медь, цинк, ванадий и другие элементы. Из морской воды добывается поваренная соль, магний, бром, калийные соли и многие другие элементы и соединения. Для природы Мирового океана, особенно для распространения живых организмов в нем, большое значение имеет его газовый режим. В воде растворены азот, кислород и углекислый газ. Соотношение азота и кислорода в океане несколько иное, чем в атмосфере. При температуре 0 °С в атмосфере содержится азота 79 %, кислорода 21 %, а в воде соответственно 63 % и 35 %, т.е. в воздухе, растворенном в воде, доля кислорода больше, чем в воздухе атмосферы.

Азот проникает в воду из атмосферы. В питании растений участвует азот в органических соединениях – главным образом нитратах.

Водные массы океанов и всех морей находятся в непрерывном движении. Наиболее важными являются: волнения, течения, приливы и отливы, перемешивание и вертикальная циркуляция. Огромные волны возникают от землетрясений, моретрясений и извержений прибрежных вулканов. Циркуляции вод способствуют и течения, которые обеспечивают перенос воды на большие расстояния по определенным путям в виде широких полос глубиной несколько сотен метров. Главным возбудителем океанских течений являются ветры.

Закономерности течений:

1.Поверхностное течение отклоняется от направления ветра на угол до 45° вправо в северном полушарии и влево

вЮжном.

2.Каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево) от направления движения вышележащего слоя. Измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах, не превышающих 300 м.

3.Между параллельными течениями возникают противотечения компенсационного характера.

94

4.Встретив на своем пути сушу, течение делится на части

именяет направление.

5.Вращение Земли отклоняет течения в Северном полушарии вправо, в Южном – влево.

Течения бывают теплыми и холодными. Теплыми называют течения, температура вод в которых выше, чем в окружающих водах. Вода холодных течений холоднее вод сопредельных с ними частей океанов. Температура воды течения связана с местом его зарождения. В каждом море существует своя система течений. Течения оказывают влияние на распределение осадков на суше. Территории, омываемые теплыми водами, всегда имеют влажный климат, а холодными – сухой. Увлажняющее значение имеют только туманы.

Уровень воды в океанах и морях периодически изменяется. Приблизительно два раза в сутки: приливы и отливы. Они образуются вследствие периодического возмущения поля силы тяжести на Земле Луной и Солнцем.

Полный цикл – два прилива и два отлива – завершается за 24 часа 50 минут.

Волнение водной поверхности, течения, приливы и отливы производят динамическое перемешивание воды. Роль перемешивания океанических и морских вод исключительно велика. Солнечное тепло улавливается очень тонким верхним слоем воды и проникает в глубь океанов исключительно благодаря перемешиванию. Перемешивание способствует проникновению кислорода на все глубины.

Мировой океан представляет собой самую обширную на Земле среду существования живых организмов. По условиям обитания живых организмов выделяются:

1.Прибрежная область, расположенная на глубине меньше 200 м.

2.Область открытого моря, которая охватывает глубины больше 200 м.

Оптимальными условиями для существования и развития водных живых организмов обладает прибрежная зона (часть моря), которая составляет 28 млн км2 (8 % океанической площади). Она наиболее богата жизнью как по числу видов, так и по количеству особей.

Мировой океан таит в себе неисчислимые богатства органических веществ. Общая масса растительных и животных организмов по существующим оценкам равна 16 млрд т.

95

Важным природным ресурсом являются водоросли. Известно около 70 видов съедобных водорослей, многие применяются в химии и в медицине, используются в качестве удобрений.

На суше имеются четыре типа скопления воды: подземные воды, реки, озера и ледники. Вода в больших количествах находится в почве и болотах.

Нижняя граница гидросферы (подземной) определяется температурой и давлением внутри земной коры. В перегретом состоянии вода может находиться на глубинах до 16 км, капельно-жидкая – до 10 км.

Влитосфере есть два пути перемещения воды: 1) из мантии вверх к земной поверхности; 2) от земной поверхности вниз. Происхождение грунтовых вод представляет собой взаимодействие гидросферы и атмосферы с литосферой. Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа.

Вболее или менее глубоких водоносных пластах залегают воды – артезианские. Это название происходит от имени французской провинции Артезия, где в XII веке впервые был устроен фонтанирующий колодец, названный артезианским. В Австралии артезианские бассейны занимают свыше 1/3 всей площади материка.

Гейзерами называются периодически фонтанирующие горячие источники. Большая часть гидрографической сети образована реками. Движение воды в реке обусловлено уклоном русла и постоянным поступлением воды. Формы речных бассейнов и речных систем отражают рельеф равнин и их геологические структуры. Речная система собирает воды с занятой ею территории, которая называется бассейном. Нагревание речной воды происходит за счет солнечной радиации. Экологические условия в реках зависят от скорости течения воды, а также от минерализации.

Впроцессе стока с материков в океаны часть воды задерживается в понижениях рельефа, образуя озера. Озера – водоемы замедленного водообмена. По качеству и количеству растворенных веществ озера делятся на пресные, солоноватые и соленые. Озера бывают теплыми, умеренными и холодными.

Гидросфера Земли выполняет важные функции: регулирует температуру планеты, обеспечивает круговорот ве-

96

ществ, является составной частью биосферы. Благодаря большой теплоемкости аккумулирует солнечную энергию.

В гидросфере примерно около 3500 млн лет назад зародилась жизнь на Земле. В. И. Вернадский считал, что «вода определяет и создает всю биосферу».

6.3. Атмосфера

Атмосфера (от греч. atmos – пар, испарение, sphaira – шар) – оболочка Земли, состоящая из воздуха. Она не всегда имела современный состав и строение, а развивалась вместе со всей природой Земли. Предполагают, что атмосфера пережила три стадии своего развития. Первичная атмосфера Земли состояла из водяного пара, водорода, аммиака и некоторого количества сероводорода.

Различают слои атмосферы: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, которые отличаются распределением температуры, плотностью воздуха и другими параметрами. Участки атмосферы, занимающие промежуточное положение, называют тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой. Масса атмосферы оценивается в 5,157 · 1015 т.

Мощность тропосферы около 10–11 км, определяется высотой восходящих токов воздуха. В экваториальных странах воздух поднимается до 16–17 км, а в полярных – до 7–8 км. Эти высоты – верхняя граница тропосферы. В пятикилометровом слое сосредоточена половина всей массы атмосферы.

В тропосфере непрерывно совершаются горизонтальные движения воздуха – ветры. Здесь же находится вода во всех трех состояниях, образуются облака и выпадают осадки. Здесь происходят все атмосферные процессы, которые определяют погоду и климат.

Температура воздуха в приземном слое на экваторе в среднем 26 °С, на северном полюсе (–)23 °С. С высотой она падает в среднем на 0,6 °С на каждые сто метров высоты. Переходный слой между тропосферой и стратосферой носит название тропопаузы. Она располагается на высотах около 8 км в умеренном поясе и 16–18 км над экватором.

Стратосфера начинается на тех высотах, куда не достигают конвекционные токи, поднимающиеся от земной повер-

97

хности. Стратосфера, простирающаяся до 50–60 км вверх, включает только 20 % массы атмосферы. В разряженном воздухе этого слоя рассеиваются только фиолетовые лучи, поэтому небо окрашено в фиолетовый цвет. Озон, который входит в стратосферу, создает защитный слой от солнечной радиации. Поглощая ультрафиолетовые лучи, он предохраняет живые организмы от их губительного действия. Между тропосферой и стратосферой существует газовый обмен.

Выше стратосферы лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура падает до (–)80 °С. Плотность воздуха в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.

Термосфера простирается на высотах от 85 км до 250 км. Здесь тормозятся и сгорают метеориты. Термосфера выполняет функцию защитного слоя Земли.

Выше 900 км находится экзосфера. Из экзосферы атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство.

Ватмосфере происходят три основных климатообразующих процесса: 1) приход и расход солнечной радиации и связанное с нею нагревание и охлаждение воздуха; 2) циркуляция атмосферы; 3) влагооборот.

Солнечная радиация является практически единственным источником тепла для географической оболочки. Суммарная солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, частично отражается от нее. Величина отражения зависит от отражающей способности конкретного участка земной поверхности (альбедо). Среднее альбедо Земли – около 30 %. Для свежевыпавшего снега альбедо около 90 %.

Всреднем каждый квадратный километр поверхности атмосферы получает в год 2,6·1015 кал. Такое количество тепла может быть получено при сожжении 400000 т каменного угля. Вся Земля за год получает 1,37·1024 кал.

Интенсивность солнечной радиации, т.е. количество тепла и света, приносимого на единицу площади, определяется двумя величинами: а) долготой дня; б) углом падения лучей, зависящего от высоты Солнца над горизонтом.

Атмосфера, поглощая и рассеивая радиацию, значительно ее ослабляет. Количество солнечного тепла, приходящееся на единицу площади земной поверхности, зависит от угла падения лучей. Суммарная радиация, достигающая земной

98

поверхности, частично поглощается почвой и водоемами и переходит в тепло, а частично отражается. Соотношение отражаемой и усвояемой радиации зависит от характера суши и от угла падения лучей на водную поверхность. Для суши величина альбедо определяется цветом природных объектов. Всю радиацию способно усвоить абсолютно черное тело. Величина альбедо морской поверхности определяется углом падения. Высокое альбедо снегов в Арктике и Антарктике обуславливает низкие летние температуры.

Неодинаковый разогрев атмосферы в разных областях Земли вызывает неодинаковое распределение давления, что приводит к перемещению воздушных масс вдоль поверхности Земли (ветер). При определенных условиях скорость ветра может быть более 30 м/с (ураган).

Почва, вода, снег и ледники, растительность при температуре выше абсолютного нуля обладают собственным излучением. Земное излучение нагревает воздух. Нагретая атмосфера сама излучает. Атмосфера свободно пропускает коротковолновую солнечную радиацию к Земле и задерживает поток длинноволновой тепловой радиации от Земли. Это «парниковый» эффект атмосферы.

Величина эффективности излучения зависит:

1.От температуры почвы или воды: чем она выше, тем больше излучение.

2.От влажности воздуха. Влажная атмосфера посылает к Земле значительный встречный поток тепла. Земля остывает незначительно.

3.От туманов и облаков. Туманные и облачные ночи обычно бывают теплыми.

4.От близости водоемов, которые увеличивают влажность воздуха.

5.От абсолютной высоты местности. В горах, где воздух менее плотен, увеличивается эффективное излучение.

6.От растительности, которая уменьшает эффективное излучение.

7.От характера грунтов и почвы. Рыхлые почвы дают больший поток тепла.

Температура почвы имеет большое практическое значение. Почвенное тепло наряду с влажностью является важнейшим условием произрастания растений. С ним связаны

99

интенсивность разложения органических веществ, жизнедеятельность микроорганизмов, почвообразовательный процесс. На температуру почвы влияет растительность. В теплое время она задерживает радиацию. Густой травяной покров пропускает к почве не более 20 % радиации. В холодное время растения уменьшают излучение, почва не так охлаждается. Чем мощнее растительность, тем больше ее влияние на температуру почвы. Максимально оно в лесу.

Водоемы нагреваются и охлаждаются медленнее, чем суша. Теплоемкость воды примерно в два раза больше, чем почвы. На суше тепло сосредотачивается только в верхнем слое. В воде же лучи пронизывают и нагревают значительную толщу.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности и его сезонные колебания есть следствие общей циркуляции атмосферы. Его изучение – одна из важнейших задач климатологии и метеорологии. С воздушными течениями связан перенос тепла и влаги, формирование погоды и климатов.

Конденсация влаги в атмосфере на некоторой высоте от Земли дает облака. Облака могут состоять из капелек воды, ледяных кристаллов и быть смешанными. В распределении облачности по земному шару есть закономерности, обусловленные циркуляцией атмосферы.

Экваториальная зона характеризуется значительной облачностью. Здесь обычны кучевые и грозовые облака. В субтропиках облачность большая зимой и ничтожная летом – в период господства тропического воздуха. Самые облачные места на Земле – северные части Атлантического и Тихого океанов. Самые безоблачные – пустыни. Облачная масса неоднородна – в одних ее частях находятся ледяные кристаллы, в других – капельки жидкой воды.

Облако находится в непрерывном движении, что приводит к слиянию капелек. На всей Земле за год выпадает 520 тыс. км3 осадков. Над океаном – 79 %, над сушей – 21 % осадков. В зоны максимального количества осадков входят Амазонская низменность и Центральная Америка, область джунглей на северных склонах Гималаев, Зондские острова, Новая Гвинея. В среднем здесь выпадает около 1000– 2000 мм. В тропических пустынях осадки выпадают не каж-

100