22. Основные механизмы взаимодействия гидросферы и атмосферы.

Наиболее важной закономерностью в строении гидросферы в областях суши является наличие вертикальной зональности, соподчиненной разным типам круго­ворота воды на Земле: в верхней части гидросферы - климатическому (гидрологи­ческому), в нижней части - геологическому. Гидросфера – водная оболочка Земли представляющая совокупность всех водных объектов планеты: океанов, морей, рек, озер, болот, ледников, снежного покрова, подземных вод. Вода гидросферы играет важную роль в глобальном цикле вещества осуществляя эрозию и денудацию (выветривание) горных пород, перенос и отложение продуктов их разрушения.

Верхняя часть гидросферы областей суши, участвующая в современном клима­тическом круговороте воды, включает в себя: 1) воды атмосферы (водяной пар и его конденсаты); 2) поверхностные воды (рек, озер и др.); 3) ледники и 4) подземные воды верхнего гидрогеодинамического этажа (воды зоны современного гипергене-за), залегающие до уровней региональных базисов эрозии. Этот тип круговорота воды осуществляется под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Посто­янный приток большого количества солнечной энергии вызывает на поверхности Земли (главным образом на поверхности Мирового океана) испарение огромных масс воды - всего 525 100, в том числе 455 830 км³/год с поверхности Мирового океана. Образующийся водяной пар поступает в атмосферу Земли и вовлекается вместе с воздухом (среднее содержание пара 0,1-2,8 % по объему) в сложную систему воз­душных течений, охватывающих и области суши (рис. 12.1). Допустимое количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры: чем выше температура возду­ха, тем выше влагосодержание его, и наоборот.

Схема круговорота воды в природе.

По П. П. Климентову и Г. Я. Богданову [1977], с дополнениями

1 - почвенный слой зоны аэрации, просачивание вод атмосферного питания; 2 - уро­вень грунтовых вод (нижняя граница зоны аэрации); 3-4- гидрогеодинамические этажи:3- верхний, 4- нижний

Зависимость влагосодержания воздуха от его температуры играет весьма существенную роль в формировании климатического круговорота и в развитии органической жизни на Земле, поскольку именно с этим свойством воды связано образование облаков и осадков.

При подъеме воздушных масс на высоту от 2 до 18 км вследствие понижения температуры воздуха (и соответственно влагосодержания) и при обычно широком распространении на этих высотах мельчайших твердых, жидких и газообразных частичек, взвешенных в воздухе (ядра конденсации), здесь активно протекают про­цессы конденсации (при температуре ниже О °С - процессы сублимации) водяных паров с образованием облаков и облачных систем, содержащих капли воды и крис­таллики льда. Объемы облаков (облачных систем) достигают сотен и тысяч куби­ческих километров, и облака содержат сотни и тысячи тонн воды. Эти гигантские водные массы непрерывно переносятся воздушными течениями над поверхностью Земли и при возрастании размеров капель воды и кристаллов льда до 0,5-5 мм в диаметре под воздействием силы тяжести образуют атмосферные осадки - обычно в виде дождя или снега. Сила тяжести служит также причиной течения рек и филь­трации подземных вод (атмосферного питания) до уровней региональных базисов эрозии и стекания их в океан, замыкая цикл климатического круговорота воды, определяющего в значительной мере и основные черты климата Земли.

Климатический круговорот воды создает на поверхности суши сложную гидро­графическую сеть. По рекам в океан возвращаются воды, которые в виде пара (и его конденсатов) переносились на сушу и выпадали в виде осадков. Атмосферная влага постоянно пополняется за счет поступления паров воды в результате непре­рывного процесса испарения. Общее количество воды в атмосфере (до 13-14 тыс. км³) меняется примерно каждые 9-10 сут., а речных вод (общий объем, по данным некоторых исследователей, от 1,2 до 2,1 тыс. км³)- каждые 11 сут.

Характерной особенностью годового водного баланса (климатического кругово­рота) является превышение выпадающих осадков (112 670 км³) над испарением (69 270 км³). Это в сочетании с чрезвычайно высокой возобновимостью основных источников питания пресных вод (накопление паров воды в атмосфере) обусловливает формирование пресных вод на большей части поверхности суши (в реках, озерах) и в верхних горизонтах подземных вод (в том числе почвен­ных вод) - до уровней региональных базисов эрозии.

По химическому составу - это пресные воды, преимущественно гидрокарбонатные, с минерализацией от 50-100 до 300-600 мг/кг, с растворенными газами кислородно-азотного состава. «Круговорот (климатический), - отмечает М. И. Львович [1986, с. 19], - это по существу глобаль­ный опреснитель вод», приводящий к формированию скоплений пресных вод в об­ластях суши. Непрерывное воспроизводство пресной воды в процессе этого круго­ворота является важнейшим фактором возникновения и развития жизни на суше.

Следует отметить, что в верхней части гидросферы областей суши местами, и в частности в замкнутых («бессточных») областях континентального засолонения (при преобладании среднегодового испарения над выпадающими осадками), форми­руются соленые озера, реки и грунтовые воды. Кроме того, соленые и рассольные подземные воды в верхнем гидрогеодинамическом этаже встречаются в районах неглубокого залегания соленосных отложений.

Пространственно гидросферы фактически совпадает с экосферой. Гидросфера проникает в геосферы и играет важнейшую роль в глобальных процессов обмена веществом и энергии.

Атмосфера – это газовая оболочка земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами. Она движется вместе с твердой землей как единое целое и одновременно принимает участие во вращении земли. Газы сжимаемы, и по этому плотность воздуха наибольшая у земной поверхности убывая к верху. Половина всей массы атмосферы сосредоточенна в нижних 5 км., а три четверти – в нижних 10 км.

Состав: Азот - 78,08%, Кислород - 20,95%, Аргон - 0,93%, Углекислый газ -0,03%, и другие газы

Контакт с атмосферой. Существует особая зона жизни в океане – гипонейсталь (поверхность раздела океан-атмосфера) по Ю.П.Зайцеву. Она исключительно богата не живым органическим веществом – готовой пищей для всех обитателей океана, источником биостимуляторов и ингибиторов. Гипонейсталь хорошо освещается солнцем, насыщена кислородом. В этих условиях наблюдается скопление своеобразных форм жизни: свыше 90% беспозвоночных и рыб обитающих на мелководьях используют поверхностную плёнку для откладывания икры и выращивания молоди. В верхних 100 метрах происходит жизнедеятельность фитопланктона, диамитовых водорослей, которые в итоге образуют огромное количество взвеси, во много раз превосходящее поступление осадков с материков.

Велико значение атмосферных осадков в загрязнении МО.

Океан является резервуаром поглощения СО₂ из атмосферы.

Загрязнение нефтепродуктами.

Вопрос № 23. Понятия «природно-территориальный комплекс» (ПТК) и «геосистема». Уровни организации (топический, региональный, глобальный) и принципы классификации геосистем

ПТК - это сочетание природных компонентов, составляющих иерархическую лестницу географических образований – от фации до географической оболочки планеты; ПТК – синоним «геосистемы», ландшафта, физико-географический комплекс.

Фация – элементарный ПТК, занимает одно местоположение – форму микрорельефа или элементарную поверхность мезорельефа, сложена однородной литологической основой, климатическими характеристиками, почвами и биотическими компонентами.

Геосистема - закономерное сочетание взаимосвязанных биотических и абиотических компонентов, а также соподчиненных комплексов относительно ограниченные в пространстве функционирующие как единое целое. Г. полицентрическая система – наличие пространственных границ, которые выделены на основе признаков разработанных в географии, все компоненты рассматриваются как однозначные, одинаковое влияние прямым и обратным связям, более широкий круг связей и отношений. Это любые структурные физико-географические образование от фаций до географической (ландшафтной) оболочки земли. Геосистемы относятся к категории открытых систем; это значит, что они пронизаны потоками энергии и вещества, связывающими их с внешней средой. Среда геосистемы образована вмещающими системами более высоких ранга, в конечном счете – эпигеосферы (среда последней – космическое пространство и подстилающие глубинные части земного шара).

В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии. Функционирование геосистем слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения материала под действием силы тяжести.

Структуры геосистемы определяют как пространственно-временную организацию (упорядоченность ) или как взаимную расположение ее частей, в ПТК различают:

- вертикальную (радиальную) структуру выражается в ярусном расположении компонентов; пример: выпадение атмосферных осадков -> их фильтрация в почву и грунтовые воды -> испарение и транспирация -> всасывание почвенных растворов корневой системой растений;

- горизонтальную (латеральную) выражается в упорядоченном расположении ПТК низших рангов; пример: относится водный и твердый сток -> стекание холодного воздуха по склонам -> перенос хим. элементов из водоемов …

Различают 3-и главных уровня организации (размерности) геосистемы:

1. Планетарный представлен на З. в единственном экземпляре – географическая оболочка. терм. «географическая оболочка» происходит от наз. Науки и не несет никакой содержательной нагрузки ( в названиях отдельных земных сфер такая «нагрузка» содержится: атмосфера переводится как воздушная оболочка, гидро – как водная оболочка и т.д.). Поэтому предложили разделить наименование этой оболочки. Наиболее короткий и точный термин - эпигеосфера, что в буквальном переводе означает «наружная земная оболочка». Пример: биосфера, ее крупнейшие части (материки, океаны, климатические пояса).

2. Региональный относятся крупные и достаточно сложные по строению структурные подразделения эпигеосферы – физико-географические, или ландшафтные, зоны, секторы, страны, провинции и др. Пример: крупные регионы, обособление которых связано с действием геодинамических и макроклиматических факторов (физ. география страны, природные зоны и ландшафтные области).

3. Локальный (топический) подразумеваются относительно простые ПТК, из которых построены региональные геосистемы – так называемые местности, урочища, фации, небольшие территории, которые обособлены влиянием мезорельефа и влиянием гидрохимических различий.

Принципы классификации геосистем (ландшафтов)

Невозможно найти два одинаковых ландшафта, поэтому на помощь приходит классификация, в которой огромное множество ландшафтов сведено в некоторое число типов, классов, видов. Принципы классификации геосистем могут различаться в зависимости от того, какие критерии положены в основу объединения ландшафтов. Всякая естественная классификация основывается на существенных инвариантных (основные наиболее устойчивые) свойствах объектов – на их генезисе, структуре, динамики.

Сходства и различия ландшафтов определяются важнейшими процессами, такими как: влагооборот, биологический круговорот веществ, почвообразование, продуцирование биомассы, тепло- и влагообеспеченность ландшафта, т.е. поступление солнечной энергии и влаги. Таким образом существуют следующие ступени классификации ландшафтов:

1. тип ландшафта: глобальные различия в соотношениях тепла и влаги, пример: ландшафты бореальные (таежные);

2. подтип отражают постепенность зональных переходов. Во многих типах ландшафта естественно выделяется 3-и подтипа – северный, средний и южный, пример: южнотаежный.

3. классы и подклассы критерием выделения служит ярусные ландшафтные закономерности, главным высотным ландшафтным уровнем соответствует 2-а класса ландшафтов – равнинный и горный, т.е. разделение ландшафтов по мере нарастания высоты над уровнем моря;

Вопрос № 24. Элементарные природные геосистемы – фации, их классификация по местоположению и режимам миграции химических элементов

Геосистема – сочетание географических компонентов, образующих целостную интегральную систему различного уровня организации от геосферы до фации.

Фация – предельная категория геосистемной иерархии, характеризуемая однородными условиями местоположения и местообитания и одним биоценозом. В ней одинаковый режим, один микроклимат, одна почвенная растительность. Занимает микроформу рельефа или ее часть, пример: крутая часть склона, балки, лишены растительности карстов. Очертание фации легко определить по смене растительности. Различные коренные и измененные антропогенные фации – пашни, сады.

Основная причина дифференциации фации является изменения литогенной основы. Экспозиции, крутизна и форма склон, литологический состав пород

Б. Б. Полынов различал 3-и большие группы элементарных ландшафтов по местоположению и режиму миграции химических элементов:

1. элювиальные (верховые) располагаются на приподнятых водораздельных местоположениях, где грунтовые воды лежат глубоко и поэтому не оказывают влияния на почвообразование и растительный покров. Питание только за счет атмосферных осадков и вод поверхностного стока. В пределах этой группы выделяют типы:

1) плакорные (собственно элювиальные) – водораздельная поверхность со слабым уклоном (1-2°), без существенного смыва почвы и преобладанием атмосферного увлажнения;

2) трансэллювиальные относительно крутые (уклон не менее 2-3° склона), питаются в основном атмосферными осадками, с интенсивным стоком и плоскостным смывом и значительными микроклиматическими различиями в зависимости от экспозиции склонов;

3) аккумулятивно-эллювиальные (делювиальные) – бессточные водораздельные понижения или полубессточные впадины с затрудненным стоком, дополнительным водным питанием за счет натечных вод, частным образованием верховодки (болото), но грунтовые воды остаются еще на значительной глубине;

4) проточные водосборные понижения и лощины – аналогичные предыдущим, но со свободным стоком;

5) эллювиально-аккумулятивные (или трансаккумулятивные) в нижних частях склонов и подножий, с обильным увлажнением за счет стекающих натечных вод, нередко с отложением делювия.

2. низинные (супераквальные) местоположение характеризуется близостью грунтовых вод, доступных растениям, входят следующие типы:

а) ключевые или транссупераквальные, в местах выхода грунтовых вод, а также притока натечных вод, с проточным увлажнением, обычно с дополнительным минеральным питанием (за счет элементов содержащихся в грунтовых водах);

б) собственно супераквальные – слабо сточные понижения с близким уровнем грунтовых вод, обуславливающим заболачивание или засоление;

3. группа пойменных местоположений промежуточное между супераквальным и субаквальным, характерно регулярное и проточное затопление во время половодья или паводков и следовательно переменным водным режимом. Пойменная фация отличается исключительной динамичностью и большим разнообразием в зависимости от микрорельефа продолжительности пойменности и т.д.