Окружающий мир предстает перед нами в виде бесконечно разнообразных «картин природы». За каждой из них скрывается частичка географической оболочки, называемая ландшафтом, в которой обитает человек и все остальные живые существа.

Любой ландшафт — весьма сложное образование, состоящее из ряда компонентов. Кроме видимых — растений, строений, животных, водных объектов, среди них имеются и постоянно осязаемые — воздушная среда, или атмосфера. Есть также и невидимые, скрытые от глаз составные части ландшафта — почвы и горные породы, которые лежат в основе окружающего мира, но заметные лишь тогда, когда образуют неровности — формы рельефа. Географическое пространство делится, прежде всего, на сушу и воды. Для человека, безусловно, важнее суша. Она же заметно разнообразнее в ландшафтах. Однако недооценивать значение воды неразумно, ведь именно она способствовала зарождению органической жизни на Земле и активно воздействует на формы поверхности нашей планеты: быстро текущие потоки промывают рытвины и целые ущелья как в мягких, так и в твердых породах; атмосферные осадки, воздействуя сотни и тысячи лет, постепенно разрушают самые стойкие скальные породы; на участках рек и озер под влиянием течений появляются песчаные косы и намывные острова.

В настоящее время один из наиболее мощных преобразователей планеты — биосфера. Непрерывно идет круговорот вещества и энергии, который связан с живыми организмами. Действует он благодаря энергии Солнца, поглощаемой зелеными растениями. Биосфера состоит из ряда легких химических элементов, которые вступают в связь с углеродом и образуют бесконечное разнообразие соединений. Эти же элементы в основном и участвуют в биологическом круговороте, который разбивается на пищевые, или трофические, цепи: одни виды служат источником питания другим.

 

 

 

 

Для нас, людей, мир в обычном понимании состоит из двух начал: во-первых, из нас самих — живых существ вида «человек разумный» (Homo sapiens), а во-вторых, из окружающей нас земной среды, которая служит нам домом, где мы проживаем.

 

 

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ЛАНДШАФТЕ стало основополагающим понятием географической науки в начале XX в. XIX в. был временем бурного развития, разделения и обособления наук о Земле и человеке. Именно благодаря этому окончательно оформились в самостоятельные научные дисциплины многие отрасли естествознания, изучающие поведение и распространение на земной поверхности особых, своеобразных по вещественному составу природных тел и явлений — природных компонентов. Таковы горные породы и образованные ими формы рельефа (их изучают литология и геоморфология), воздушные массы и атмосферные явления (метеорология и климатология), поверхностные и подземные воды (гидрология и гидрогеология), льды и мерзлые породы (гляциология и мерзлотоведение), почвы и коры выветривания (почвоведение и геохимия), сообщества растений и животных (геоботаника и зоогеография). Одновременно с накоплением и систематизацией в географии знаний об особенностях размещения, поведения и видового разнообразия природных компонентов в науках геологического цикла оформлялись обобщенные представления о длительном, поэтапном развитии лика Земли, а в биологических науках — дарвиновская теория эволюции органического мира. Кроме того, благодаря развитию физики немалые успехи были достигнуты в изучении таких «невидимых» энергетических природных компонентов, какими являются сила тяжести (гравитация), солнечное излучение (инсоляция), тепловые потоки (термика). Перечисленные достижения науки XIX в. позволили уяснить сущность сложных взаимосвязей между компонентами живой и неживой природы, непрерывно возникающих и протекающих в каждой точке земной поверхности. На этой научной основе и было выдвинуто представление о ландшафтах как об определенных (малых или больших) участках поверхности Земли, где подобное взаимодействие относительно однородно и потому такие участки отличаются друг от друга.

 

 

ЛЮБОМУ ОТДЕЛЬНОМУ ЛАНДШАФТУ присущи:

свой особый, устойчиво сохраняющийся во времени набор природных компонентов, или свой состав;

свое постоянное место, четко очерченное естественными границами и характеризующееся специфическим рельефом поверхности (своя территория);

свое особенное размещение среди других, соседних — ближних или дальних, участков (своя позиция, или свое географическое положение);

свой, не похожий на других внешний облик (своя наружность, или физиономия);

свое сложное и оригинальное внутреннее строение (своя структура);

своя, отличающаяся от других участков «манера поведения» всех природных компонентов (своя динамика, или свой режим функционирования);

своя собственная родословная (свой генезис, т. е. происхождение);

своя, иногда короткая, измеряемая годами, а иногда очень длительная, охватывающая многие тысячелетия биография (своя эволюция, т. е. история развития).

 

 

Таким образом, природный ландшафт — это обособленное в пространстве сочетание природных взаимодействующих, занимающих строго определенный участок ландшафтной сферы компонентов, объединенных в единое целое. Своеобразие любого ландшафта создают особенности его компонентного состава, особенности территории, на которой он размещен, особенности его географического положения, внешнего облика, внутренней структуры, динамики идущих в нем процессов и истории его происхождения и развития. Визуальная обособленность территорий, занятых отдельными ландшафтами, их внутренняя однородность и периодическая повторяемость в пространстве не всегда отчетливо улавливаются с Земли, зато все это крайне выразительно проявляется на аэрофотографических и космических изображениях земной поверхности. В этом случае мы смотрим на «лица» отдельных, больших и малых, ландшафтов не сбоку (в профиль) и выборочно, а сверху (в фас) и повсеместно, целиком охватывая взглядом всю занимаемую ими территорию.

 

 

Ландшафты обычно состоят из двух (иногда трех) контрастных по составу этажей-ярусов, природные компоненты которых объединены в основном вертикальными межъярусными потоками вещества и энергии, поддерживающими относительное внутреннее равновесие ландшафтов. Вместе с тем любой ландшафт тесно связан с соседними ландшафтами горизонтальными, пронизывающими его потоками вещества и энергии, которые обеспечивают относительное равновесие с окружающим пространством.

 

 

НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ имеются три основных, резко отличающихся друг от друга слоя распространения ландшафтов, которые приурочены к поверхностям геосфер, контрастных по агрегатному состоянию. Первый слой связан с твердыми поверхностями суши. Здесь сформировались мозаики наземных ландшафтов, которые состоят из двух ярусов (атмосферного и литосферного, иногда представленного в виде ледовых масс). Второй, наиболее обширный по площади слой распространения ландшафтов связан с водными поверхностями естественных и искусственных водоемов. В формировании всех поверхностноводных ландшафтов большую роль играет фотосинтез, осуществляемый низшими водорослями. По характеру ярусного строения поверхностноводных ландшафтов различают два типа мозаик. Во-первых, мозаики мелководных ландшафтов, формирующиеся в пределах всех континентальных водоемов, а также на материковой отмели (шельфе) морей и океанов. Эти ландшафты состоят из трех ярусов (атмосферного, гидросферного и литосферного), причем существенную роль в их образовании играют процессы взаимодействия водоемов и прилегающей суши (волноприбойные процессы, снос материала с суши). Во-вторых, мозаики надглубоководных ландшафтов, формирующиеся на водной поверхности морей и океанов за пределами материковой отмели. Подобные ландшафты состоят из двух ярусов (атмосферного и гидросферного), причем слой фотосинтеза в них полностью «оторван» от глубоко расположенного дна водоемов. Существенную роль в их формировании играют волновые процессы открытого моря. Наконец, третий слой распространения ландшафтов размещается на твердых поверхностях глубоководного дна водоемов (не только океанов и морей, но и таких глубоких озер, как Байкал и Танганьика). Здесь, ниже мозаики надглубоководных ландшафтов, сформировалась мозаика глубоководных ландшафтов, состоящих из двух ярусов (гидросферного и литосферного).

 

 

Мозаичные слои распространения наземных и поверхностноводных (мелководных и надглубоководных) ландшафтов разорваны либо на крупные материковые и океанические ареалы, либо на мелкие островные (или, наоборот, экваториальные), которые вкраплены в океанические или, наоборот, в материковые части. Однако полный объем ландшафтной сферы значительно больше, чем тот, который приходится на мозаики наземных и поверхностноводных ландшафтов. В океанах и других глубоководных водоемах ландшафтная сфера как бы раздваивается по вертикали, причем площадь мозаик глубоководных ландшафтов, подстилающих надглубоководные, составляет 60% всей земной поверхности.

 

 

ИТАК, СОВРЕМЕННЫЙ ДОМ человечества - это вся целостная ландшафтная сфера, поскольку в этой единой и очень сложной системе все мозаики наземных, мелководных, надглубоководных и глубоководных ландшафтов в равной степени важны для поддержания экологического равновесия и, стало быть, экологического благополучия планеты. Все мозаики прямо или косвенно, сознательно или стихийно используются человеком для удовлетворения его потребностей.

Современными домами отдельных человеческих общностей — крупных социальных сообществ, этнических систем (наций и народностей), малых коллективов служат в настоящее время мозаичные слои наземных, мелководных и надглубоководных ландшафтов. Действительно, все эти ландшафтные мозаики — места активной социальной и производственной деятельности человека. Правда, интенсивность ее весьма различна. Последствия деятельности человека наиболее значительны, естественно, в наземных мозаиках, наименее — в надглубоководных, а на мелководные мозаики нагрузка все время нарастает. Мозаичные слои глубоководных ландшафтов пока фактически не задействованы, хотя иногда (чаще стихийно, реже сознательно) ландшафты этого типа используют как свалку разнообразных отходов современной цивилизации. Разнообразие ландшафтов Земли огромно. И любой из них, даже самый небольшой, имеет свое «лицо», свой оригинальный состав, свою индивидуальную структуру, свое происхождение, но тем не менее выяснить степень качественного и количественного сходства (или несходства) земных ландшафтов по каким-то существенным признакам, т. е. классифицировать ландшафты необходимо прежде всего для того, чтобы упорядочить, систематизировать и обобщить сведения о закономерностях их устройства и развития. Не в меньшей степени классификация современных ландшафтов нужна и для того, чтобы правильно применять научные знания при хозяйственном и культурном использовании ландшафтного пространства. Необходимо сначала выявить сходства (или различия) ландшафтов по их размерам, потом по их естественным, созданным только самой природой свойствам, а далее по качествам, которые они приобрели в результате деятельности человека. Сделаем эти три шага на примере «царства» наземных ландшафтов.

 

 

ПЕРВЫЙ ШАГ — различие (или сходство) ландшафтов по их размерам. Размеры обусловливают существенные различия (сходства) их геометрических и физических параметров, а следовательно, сложность их естественного устройства и своеобразие преобразованности человеком. В ландшафтной сфере за время ее существования сформировалась многоступенчатая «лестница» размеров (и соответственно сложность) ландшафтных комплексов. Эту «лестницу» называют иерархией масштабных уровней ландшафтной организации.

В наземных ландшафтах принято различать четыре основных масштабных уровня — топический (микролокальный), локальный, региональный и глобальный. Каждый из этих уровней в свою очередь состоит из серии ландшафтов разной сложности и размеров. Ландшафты, относящиеся к одной ступени масштабной лестницы, сходны как по геометрическому устройству, так и по механизмам перемещения и преобразования в ней вещества и энергии. К топическому уровню относятся микроландшафты, называемые также элементарными ландшафтами или ландшафтными фациями (от лат. fades — облик). Опушка леса, заросли ивы, вершина холма — это отдельные фации. Фации, собранные вместе, представляют собой урочище, которое объединено самой природой, потоками вещества. А сочетания урочищ складываются в ландшафт.
 

 

Следует заметить, что ландшафты не самые крупные элементы географической мозаики. Они объединяются в природные зоны (от греч. zone — пояс) — обширные пространства с приблизительно одинаковым климатом и почвенно-растительным покровом. В жарком климате — один набор ландшафтов, в холодном — другой. Сочетания нескольких соседних природных зон образуют огромные природные поясы, охватывающие вдоль параллелей всю нашу планету. Поясы занимают десятки миллионов квадратных километров и получают приблизительно одно количество солнечной энергии. Воздушные потоки над ними движутся одинаково, а потому и климат одинаков. На Земле есть несколько природных поясов: экваториальный, субэкваториальный, по два тропических, субтропических, умеренных, арктический и субантарктический. Ландшафты объединяются и по сходству, обусловленному их положением в пределах крупных форм рельефа (гор или равнин), созданных геологическими, азональными процессами. Систематика ландшафтов по сходству или различию их естественного устройства — второй шаг при классификации их разнообразия.

 

 

Третий шаг — систематика ландшафтов по характеру и степени их изменения человеком. Выделяют четыре группы таких ландшафтов: условно-коренные (слабо измененные человеком); вторично-производные (возникшие на месте коренных в результате необратимых изменений растительного покрова, например ландшафты саванн и средиземноморских лесов); антропогенно-модифицированные (сильно преобразованные определенными видами хозяйственной деятельности) и техногенные (целиком созданные человеком: промышленные, городские и другие ландшафты).
 

 

 

Европа — часть света на западе Евразии и прилегающих к нему островах. Ее площадь — около 10 млн км², население, включая Россию, — 815 млн человек (2004).

 

 

ВСЮ ВОСТОЧНУЮ ЧАСТЬ ЕВРОПЫ занимает одна из крупнейших равнин суши — Восточно-Европейская (Русская) равнина. В ее рельефе есть возвышенности, часть которых — на выступах древнего фундамента. Это Среднерусская, Приволжская, Смоленско-Московская, Валдайская возвышенности, Тиманский и Донецкий кряжи. Между ними находятся плоские равнины — Окско-Донская, Мещерская, Приднепровская, Прикаспийская низменности. На северо-востоке Восточно-Европейской равнины поднимаются Уральские горы.

На остальной территории Европы рельеф сильно пересеченный: низменности, возвышенности и горы часто сменяют друг друга на небольших расстояниях. Наиболее крупные низменности — Среднеевропейская, Средне-и Нижнедунайские. На севере — Скандинавские горы, на западе — Пиренеи, в центре — Альпы, Карпаты и Стара-Планина. Юг Европы — это серия больших полуостровов — Пиренейский, Апеннинский, Балканский, Крымский.

 

 

ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОЗДУШНЫХ МАСС над Европой определяется воздействием атмосферных центров давления: Исландским минимумом, Азорским, Сибирским и Арктическим (приполюсным) антициклонами. Особенно сильно воздействуют циклоны, рождающиеся вблизи Исландии. Теплое океаническое течение Гольфстрим и его продолжение — Северо-Атлантическое течение приносят к берегам Европы прогретую водную массу, над которой возникают мощные циклоны. Устремляясь к Европе, они обогревают и увлажняют ее поверхность. Этот поток циклонов называют «Европейской теплоцентралью», так как тепло, которое они приносят, равно примерно 1/3 величины суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхность Европы. Другая «теплоцентраль» — это очень теплое Средиземное море, расположенное в субтропических широтах и изолированное от более холодных вод Атлантического океана. Зимой над Средиземным морем тоже формируются очень теплые и влажные циклоны, утепляющие и увлажняющие всю Южную Европу. В результате воздействия этих двух природных факторов Европа в зимнее время оказывается аномально теплым регионом в умеренных широтах Земли.
 

 

АРКТИЧЕСКИЙ ПОЯС. Арктические ландшафты распространены только на архипелагах Северного Ледовитого океана, таких как Шпицберген, Земля Франца-Иосифа, Новая Земля и др. Весь год средние месячные температуры здесь отрицательные, что способствует остыванию поверхности и формированию мощных ледниковых покровов. Зимой полгода длится полярная ночь, летом солнце круглые сутки не заходит за горизонт, но тепла все равно очень мало. На свободных ото льда участках произрастают в основном лишь самые выносливые растения — лишайники и мхи. Здесь обитают леминги и белые медведи. Летом сюда прилетают птицы.

 

 

СУБАРКТИЧЕСКИЙ ПОЯС располагается южнее и образует непрерывную зону — на острове Исландия и на северной окраине материка, в Норвегии и в России. В нем преобладают тундровые ландшафты. В тундрах мало тепла, почвы и грунты скованы вечной мерзлотой. Осадков выпадает больше, чем их может испариться, и местность заболочена. Мохово-лишайниковые тундры занимают крайний север Норвегии (плоскогорье Хьеллен), север Кольского полуострова, побережье Баренцева моря. В центре острова Исландия — каменистые базальтовые плато, покрытые ледниками. На юге и юго-востоке над ними возвышаются конусы действующих вулканов с ледяными куполами (самая высокая точка — вулкан Хваннадальсхнукур, 2119 м). Во время извержений вулканов массы льда тают, образуя грязевые потоки. Из расщелин поверхности бьют гейзеры. На прибрежных равнинах юго-запада Исландии, защищенных с севера высокими плато, развиты субарктические луга с пышным разнотравьем. На них выпасают скот. На южном берегу залива Фахсафлоуи расположена столица государства Рейкьявик.

 

 

УМЕРЕННЫЙ ПОЯС - самый обширный по площади пояс Европы. Его ландшафты получают значительно больше солнечного тепла, чем тундры. Летом средние месячные температуры повсюду выше +10°С и растительность разнообразна. Зимой все покрывается снегом и биологические процессы затухают. По мере продвижения от атлантического побережья в глубь материка климат становится более континентальным, поэтому на западе и востоке природные зоны различны.

 

 

Север умеренного пояса занят тайгой: на Скандинавском полуострове — еловой, в Финляндии — сосновой, на севере европейской части России — елово-сосновой с примесью сибирской ели, пихты и лиственницы. Под хвойными лесами развиты подзолистые почвы. Хотя тепла и больше, чем в тундре, но все же ненамного, испарение невелико, и плоские или волнистые равнины переувлажнены и заболочены. В Финляндии болота (их здесь называют аапа) покрывают свыше 70% площади. Вечной мерзлоты в почвах и грунтах нет, так как морозы зимой ослаблены частым вторжением атлантических циклонов. Главное богатство таежных ландшафтов — древесина хвойных лесов, залежи каменного угля (район Воркуты), железные руды Швеции, пушные промысловые животные (белки, песец, соболь и др.). На шельфе Северного моря открыты крупные месторождения природного газа и нефти.

 

 

Южнее, по мере нарастания тепла, тайга сменяется смешанными лесами. Это происходит на Центрально-Шведской равнине, на юге Финляндии, а на Восточно-Европейской равнине — между 52 и 54° с. ш. Среди хвойных деревьев на западе появляются широколиственные породы (дуб, граб, вяз, клен, липа и др.), а на востоке, в России, — мелколиственные (береза и осина). В зоне смешанных лесов господствуют не очень продуктивные дерново-подзолистые почвы. Чтобы получать на них хорошие урожаи, необходимо эти почвы осушать и вносить много минеральных и органических удобрений. Леса в этой зоне сохранились гораздо хуже, чем в тайге. Население издавна освоило эти районы. Здесь много городов, сел, крупных магистралей. Обширные участки заняты пашнями, сенокосами, пастбищами.

 

ШИРОКОЛИСТВЕННЫЕ ЛЕСА - принадлежность ландшафтов Западной Европы, включая Британские острова. Эта зона простирается до границы субтропического пояса. На западе раньше господствовал бук, на востоке — дуб, клен, вяз, липа, граб. Однако коренные леса не сохранились, а в посадках преобладают сосна и ель, древесина которых пользуется высоким спросом. Достаточно плодородные бурые лесные почвы окультурены. На протяжении многих веков ландшафты Европы интенсивно осваивались, и в настоящее время они очень изменены хозяйственной деятельностью человека. Зона широколиственных лесов на Восточно-Европейской равнине очень узкая, почвы менее плодородны и нуждаются в мелиорации. А поскольку климат в юго-восточном направлении становится более сухим, то на Средне- и Нижнедунайской низменностях и на равнинах Украины появляется черноземная лесостепная зона, которая потом переходит в разнотравно-злаковые и злаковые степи (на южных черноземах и каштановых почвах). Естественную растительность повсюду давно сменили пашни: 60 — 80% площадей тут распахано. Здесь выросли города с развитой транспортной сетью.

Вблизи побережья Каспийского моря появляются полупустыни, которые используют в основном под пастбища.

 

 

СУБТРОПИЧЕСКИЙ ПОЯС - это Южная Европа. На Пиренейском полуострове размещаются кастильские плато, Андалусская и Арагонская равнины, на севере — горные хребты Пиренеев, на юге — Бетские Кордильеры. Апеннинский полуостров занят Апеннинскими горами, а на Балканском полуострове равнины часто чередуются с горами. Климат европейских субтропиков жаркий и сухой летом, прохладный и очень дождливый зимой. Когда-то на большей части территории полуостровов росли вечнозеленые леса и кустарники, и только в самых сухих районах (на плато Ла-Манча, в Сицилии, на островах Эвбея и Крит) встречались редколесья и степи. Леса были вырублены еще во времена Римской империи и в Средние века. Их место заняли древесные культуры (оливы, цитрусовые), виноградники, овощные и зерновые поля, а также города, дороги, аэропорты, каналы, газо- и нефтепроводы и др.

 

ПРИРОДНЫЕ ЛАНДШАФТЫ ЕВРОПЫ интенсивно осваивались человеком в течение многих веков и в результате неузнаваемо изменились. На обширных пространствах на месте лесов появились пашни, луга, города, человек провел автомагистрали, разбил сады и парки. Почвы окультурили, в них вносят огромное количество удобрений. Почвы осушаются или орошаются.

В Европе расположено много больших и малых городов, ее покрывает густая сеть автомагистралей, железных дорог, каналов, трубопроводов. Работают мощные индустриальные и горно-добывающие комплексы и т. д. Промышленные и городские застройки «съедают» площади продуктивных почв, а промышленные предприятия и транспорт выбрасывают огромное количество отходов. Интенсивные технологии, применяемые в сельском и лесном хозяйстве, резко меняют природные процессы, в результате возникают и обостряются экологические проблемы. В воздух Европы выбрасываются огромные объемы газообразных соединений.

 

 

БОЛЬШОЕ ОПАСЕНИЕ вызывает состояние водных ресурсов Европы, Эта часть света хорошо обеспечена природными водами; здесь много рек, озер, водохранилищ, но интенсивное использование пресных вод для водоснабжения городов и промышленных объектов, для орошения посевов и плантаций ведет к истощению водозапасов. В Германии, Чехии, Италии, Болгарии и в ряде других стран на нужды хозяйства забирается почти половина всех речных вод. Эта проблема водоснабжения усугубляется еще и тем, что поверхностные и грунтовые воды постоянно загрязняются в результате спуска в водоемы различных стоков из городских и промышленных комплексов и смыва из почв и т. д.

По последним данным, на территории Европы (без стран Восточной Европы) образуется около 235 км³ сточных вод, которые полностью не очищаются. После того как они попадают в реки или озера, загрязняется до 65% всех имеющихся водных запасов. В России тоже очищаются далеко не все стоки, поэтому практически все речные воды в Европе не пригодны для использования без предварительной обработки.

 

ЕВРОПЕЙЦЫ живут преимущественно в городах. Именно в крупных городах среда обитания серьезно загрязнена. В них ежегодно и довольно часто отмечаются случаи возникновения в воздухе опасных концентраций газов, сильная запыленность, шумовое загрязнение. Зимой в Лондоне, Париже, Брюсселе, Праге, Москве и других городах наблюдаются смоги — кислотные туманы, очень опасные для людей с сердечно-сосудистыми или легочными заболеваниями.

 

 

В ЕВРОПЕЙСКИХ СУБТРОПИКАХ экологические проблемы остаются такие же, как и в умеренном поясе. Во время сильной и продолжительной засухи здесь сильнее ощущается нехватка пресных вод. Чтобы восполнить их недостаток, сооружают большие водохранилища, но они часто заиливаются. Смоги — довольно частое явление в крупных городах — Барселоне, Риме, Мадриде, Афинах, но в отличие от смогов лондонского типа они возникают от выбросов автотранспорта, не создают туманов, однако весьма опасны, так как поражают дыхательную систему. В Южной Европе есть свои экологические проблемы. Это, например, сильное эрозионное разрушение земель в Италии, Испании и Греции. Процесс начался еще в древности, по мере сведения лесов на склонах гор под распашки и добычу древесины. На обнажившихся склонах сильные дожди смыли верхний почвенный слой, а овраги и оползни превратили некогда продуктивные ландшафты в так называемые дурные земли. Необходимы большие усилия, чтобы приостановить этот губительный процесс, и прежде всего — засадить деревьями склоны, пораженные эрозией.
 

 

Азия — крупнейшая часть света (30% всей суши); ее площадь превышает 43 млн км². На территории Азии развиты все географические поясы и все природные зоны.

 

 

АЗИЯ — самая высокая часть света, ее средняя высота 950 м. В рельефе преобладают возвышенности, горы, нагорья и плоскогорья, среди них — высочайшие горные сооружения мира. Азиатская часть Альпийско-Гималайского горного пояса начинается на побережье Средиземного моря и включает Переднеазиатские нагорья — Малоазиатское, Армянское и Иранское. Восточнее располагаются Памирское и Тибетское нагорья (средняя высота Тибетского нагорья — от 4000 до 5000 м; это самое высокое нагорье планеты). Со всех сторон Тибет окружают колоссальные горные системы, которые крутыми склонами поднимаются над поверхностью нагорья: на юге — Гималаи (высочайшая вершина мира Джомолунгма, или Эверест, 8848 м); на западе — Каракорум; на севере — Куньлунь. Центральную часть Азии занимает обширная область возвышенного рельефа с чередующимися высокими равнинами (Гоби, Цайдамская, Таримская, Джунгария и др.), плоскогорьями (Ордос, Алашань) и горными поднятиями (Циньлинь, Большой Хинган, Хангай, Хэнтэй и др.). На востоке материка лежит область тектонических опусканий, где находятся крупные низменности — Великая Китайская равнина и Сун-ляо (Маньчжурская равнина). Северная часть Азии наклонена в сторону Северного Ледовитого океана, куда стекают крупнейшие сибирские реки Обь, Енисей и Лена. Обширная Западно-Сибирская низменность восточнее сменяется возвышенным Среднесибирским плоскогорьем. За долиной Лены и до самых побережий Охотского и Японского морей тянутся в разных направлениях молодые складчатые хребты Восточной Сибири и Дальнего Востока — Верхоянский, Черского, Колымский, Становой, Сихотэ-Алинь и др. Южный сектор Азии образуют крупные полуострова — Аравийский, Индостан и Индокитай, а также самое крупное на Земле скопление островов — Малайский архипелаг. Восточная периферия азиатского континента — это гирлянда островных архипелагов, дугообразно изогнутых и замыкающих Евро-Азиатскую литосферную плиту на востоке: Филиппинские, Японские, Курильские острова, а также остров Сахалин и др.

Огромные размеры Азии определяют разнообразие ее климатических условий. Зимой над центром Азии господствует обширный Азиатский антициклон, создающий очень холодную, бесснежную погоду. Морозы достигают -50°С... -70°С. Лето в Сибири теплое, но осадков тоже немного, а в Центральной Азии погоды стоят очень жаркие и сухие. Горы и нагорья Альпийско-Гималайского горного пояса защищают южную часть материка от холодного Азиатского антициклона, и поэтому на юге материка зимы теплые: средние температуры января +15°С и даже +20°С. Южные полуострова (Аравийский, Индостан, Индокитай) располагаются в низких широтах, и зимой здесь господствуют тропические пассаты, жаркие и сухие. В Аравии они действуют и летом. На территорию Индостана и Индокитая летом приходят экваториальные муссоны с обильными осадками, смягчающими жару. Малайский архипелаг имеет климат «вечного лета»: здесь круглый год тепло и влажно, и сезоны года не выражены.

Таким образом, на огромной территории Азии сформировалось несколько крупных регионов, различающихся по природным условиям и ландшафтам.

 

 

В СИБИРИ (на севере Азии) выделяются три региона с различным рельефом и тектоническим строением. На западе к Уральским горам примыкает Западно-Сибирская низменность, очень плоская, сильно заболоченная. За долиной Енисея низменность сменяется Среднесибирским плоскогорьем с древним докембрийским основанием, часто обнажающимся на поверхности. Плоскогорье сложено кристаллическими и вулканическими породами, имеет ступенчатый рельеф, глубокие речные долины образуют живописные ущелья. К востоку от Лены располагается горная Восточная Сибирь со множеством средневысотных горных хребтов и массивов (Верхоянский, Черского, Сунтар-Хаята и др.); между ними — участки пониженного, равнинного рельефа: впадины, котловины, низменности.

Природные зоны в сибирской части Азии последовательно сменяют друг друга в направлении с севера на юг. На крайнем побережье Северного Ледовитого океана господствуют тундры и лесотундры, заболоченные, с мощными толщами вечной мерзлоты. Южнее начинается тайга, сосновая или лиственничная, которая тянется на многие тысячи километров. Из-за суровых зимних морозов широколиственные породы деревьев в Сибири не растут, а таежные леса на юге сменяются лесостепями и степями, которые не только господствуют в котловинах и межгорных впадинах (например, в Забайкалье), но и поднимаются по склонам гор.

 

 

ЦЕНТРАЛЬНАЯ АЗИЯ — это замкнутая со всех сторон высокими горными системами часть Азии. На юге возвышаются горы Куньлунь (их вершины поднимаются на высоту более 7000 м) и не менее высокие хребты Тянь-Шаня. Южнее расположено самое высокое на Земле Тибетское нагорье с холодными высокогорными пустынями. Между Куньлунем и Тянь-Шанем находится глубокая Таримская впадина, заполненная песками пустыни Такла-Макан. Северная окраина Центральной Азии — горный пояс Алтайско-Саянской и Монгольской систем, к которым относятся многочисленные, разные по высоте и протяженности, горные хребты. Остальная внутренняя часть Центральной Азии — обширные равнины и плато Гоби, изобилующие замкнутыми впадинами, невысокими куполами потухших вулканов, сопками.

 

 

Климат Центральной Азии — резко континентальный, и зимой бывают морозы ниже -40°С и даже -50°С. На севере здесь еще встречаются участки вечной мерзлоты, хотя в Европе на этой же широте растут теплолюбивые каштаны и пирамидальные тополя, температуры января положительные, и снежный покров отсутствует.

 

 

Северные районы Монголии — это царство жестких степных трав: ковылей, типчаков, полыни. Здесь выпасаются большие стада овец, лошадей, крупного рогатого скота. Земледелие развито мало. Юг Центральной Азии очень сухой; здесь господствуют или полупустыни, или песчаные и щебнистые пустыни. Восточный Китай находится на восточной окраине Азии. В его центре расположена Северо-Китайская (Великая Китайская) равнина, образованная наносами двух больших рек — Хуанхэ и Янцзы. Очень плоская равнина легко затапливается в период муссонных дождей, и во время подъемов воды в руслах рек территория нуждается в постоянном контроле со стороны человека. Естественные ландшафты не сохранились. Почвы равнины плодородные, и они полностью освоены. На них произрастают рис, бобовые, гаолян, пшеница и другие культуры. Здесь много городов, на севере — многочисленные каменноугольные карьеры. Великая Китайская равнина — один из самых плотно населенных районов в мире.

На юго-востоке находится еще один важный район Китая — Сычуаньская котловина, или Красный бассейн (сложена главным образом красноцветными песчаниками). Некогда на месте котловины было озеро, но затем река Янцзы спустила его воды, а обнажившееся днище было разъедено эрозией до состояния низких гор и холмов. Благоприятный климат и плодородные почвы издавна привлекали сюда земледельцев. Здесь каждый клочок земли занят плантациями риса, которые устраиваются даже на довольно крутых склонах (с уклоном до 40°) с помощью искусственных террас. Это важный сельскохозяйственный район Китая (рис, кукуруза, шелк, табак).

 

 

ПЕРЕДНЕАЗИАТСКИЕ НАГОРЬЯ образуют непрерывный пояс от побережья Средиземного моря до Тибета и включают Малоазиатское, Армянское и Иранское нагорья. По периферии они окаймлены дугообразно изогнутыми молодыми горами, а внутренние районы опущены и имеют плоскогорный или возвышенный рельеф. Нагорья расположены в субтропическом поясе. На западе, на Малоазиатском нагорье, более влажно, особенно на побережьях. На севере поднимаются Понтийские горы, на юге — Таврские. Горные склоны покрыты жестколистными вечнозелеными лесами и кустарниками, а во внутренней части, на Анатолийском плоскогорье, леса уступают место сухим степям и редколесьям.

Армянское нагорье — очень высокое. Горные хребты, увенчанные вулканами (Большой Арарат, 5165 м), чередуются с лавовыми плато и глубокими межгорными котловинами (от 700 до 2000 м). Из-за большой высоты и изолированности климат довольно суровый, но котловины плотно населены. Самое крупное нагорье — Иранское. Оно же и самое засушливое. Северная цепь гор — Эльбрус, Туркмено-Хорасанские, Паропамиз, Гиндукуш; южная — горы Загрос, Мекран, Сулеймановы. Редкие леса из ксерофитных дубов, фисташки и можжевельника покрывают внешние склоны гор, а во внутренних районах располагаются глинистые или песчаные равнины с резко сухим климатом. Здесь господствуют пустыни — засоленные (Деште-Кевир), песчаные (Деште-Лут, Регистан), щебнистые (Дашти-Марго). У южных предгорий Загроса расположена Месопотамская низменность, по которой протекают реки Евфрат и Тигр. Благодаря речным водам и запасам подземных вод Месопотамия обеспечена водой. Здесь земледелие зародилось около 10 тыс. лет назад.

 

 

ГИМАЛАИ — высочайшая горная система мира. Хребты Гималаев имеют очень большую среднюю высоту (около 6000 м), а 11 вершин поднимаются выше 8000 м (самая высокая вершина мира — Джомолунгма, или Эверест, 8848 м). В Гималаях — самые глубокие ущелья, наиболее высокие перевалы, самые длинные горные ледники. На склонах гор растительность и почвы, изменяясь с высотой, образуют полный спектр высотных поясов — от влажных экваториальных лесов у подножий до вечных снегов и ледников на вершинах.

У южных подножий Гималаев расположена одна из крупнейших равнин Азии — Индо-Гангская. Глубокий тектонический прогиб заполнен огромной толщей аллювиальных наносов, которые намывают реки Ганг и Инд и их многочисленные притоки, стекающие со склонов Гималаев. Плодородные почвы, обилие воды, теплый и даже жаркий климат всегда притягивали на равнины людей. Индо-Гангская низменность — один из очагов древнейшего расселения и возникновения земледельческой культуры. Естественная растительность давно полностью сведена. Основное занятие жителей — выращивание риса. Каждый удобный участок земли тщательно освоен, в сухое время (весной) он поливается из оросительных каналов, куда вода стекает с подгорных наклонных равнин. Каналы буквально пронизывают все пространство равнины Ганга и северную часть равнины Инда — Пятиречье.

 

 

АРАВИЯ. Рельеф Аравийского полуострова однообразен, он сформирован на древней жесткой платформе. Лишь на севере поднимаются горы Ливана. Почти всю Аравию занимают обширные равнины, сложенные огромными песчаными толщами или известняками. Аравия находится в тропическом поясе, круглый год здесь господствуют антициклоны, и поэтому климат крайне сухой. Дождей и облаков почти не бывает, за год выпадает не более 50 - 100 мм осадков. Летом днем температуры часто превышают +50 — +55°С, а зимой они не опускаются ниже +10 — +15°С. Господствуют пустыни — песчаные (Рубэль-Хали, Большой Нефуд и др.), щебнистые или каменистые. Их почти безжизненные ландшафты до сих пор сохраняют первозданный вид. Исключение составляют крупные оазисы — средоточие жизни в пустынях. В самом крупном оазисе, в центре Аравии, располагается столица Саудовской Аравии город Эр-Рияд. Ландшафты средиземноморского побережья резко контрастируют с ландшафтами остальной Аравии. Горные массивы, кристаллические или известняковые (Ливан, Антиливан, Джебель-Ансария) разделены грабеном, в котором располагаются долина реки Иордан, Мертвое море (его днище опущено на 751 м ниже уровня моря), Тивериадское озеро и др. Осадков больше, чем внутри Аравии, их сумма увеличивается до 500 мм на равнине и до 700 - 800 мм в горах. Некогда склоны гор и долину Иордана покрывали вечнозеленые леса из ливанского кедра, дуба, сосны, лавра, оливы, фисташки, но сейчас на смену лесам пришли многочисленные поселения, пашни, виноградники, плантации.

 

 

ИНДОСТАН. Основанием полуострова служит древняя Индостанская (Индийская) платформа. Его рельеф образует обширное Деканское плоскогорье, окаймленное на западе и востоке невысокими массивными горами — Западными и Восточными Гатами. Северо-запад плоскогорья с поверхности перекрыт траппами — излившимися пластами базальтов, образующими в рельефе гигантские ступени. В горах произрастают влажные субэкваториальные леса со множеством видов пальм и лиан. На западе Деканского плоскогорья распространены леса, сбрасывающие листву в жаркое и сухое время года, которое устанавливается с марта по первую половину июня. Леса здесь богаты такими ценными породами деревьев, как тик, атласное дерево и др. На остальной части плоскогорья преобладают жестколистные леса саванного типа, там господствует акация. Между редкими деревьями растут высокие жесткие травы, дикий сахарный тростник, различные кустарники. Индостан очень давно освоен людьми, а потому его девственные ландшафты почти не сохранились. Участки лесов и саванн чередуются с небольшими полями, выгонами, плантациями древесных культур.

 

 

ИНДОКИТАЙ. Рельеф полуострова сложный и разнообразный. На западе тянутся молодые Араканские (Ракхайн) горы и хребет Паткай, на севере возвышаются известняковые нагорья Шань и Юньнаньское, на востоке — Аннамские горы (Чыонгшон). Центральная часть полуострова представляет собой плоскую низменность, созданную наносами рек Меконг и Менам. Индокитайский полуостров расположен в поясе влажных субэкваториальных лесов, густо покрывающих склоны гор и плоскогорий. На равнинах внутренних районов полуострова господствуют более сухие муссонные леса и редколесья, в настоящее время большей частью сведенные. Равнина плотно населена, и земли тщательно возделываются под посевы риса.

 

 

МАЛАЙСКИЙ АРХИПЕЛАГ - крупнейшее на Земле скопление (около 10 тыс.) больших и малых островов, расположенных по обе стороны экватора. Архипелаг составляют четыре больших острова (Суматра, Ява, Калимантан и Сулавеси) и многочисленные малые острова. Они возникли в результате сближения двух грандиозных островных дуг. Первая дуга протягивается с севера на юг вдоль восточной окраины Азии; в ее состав входят Камчатка, Курильские острова, Сахалин, Японские и Филиппинские острова. Вторая цепочка островов окаймляет юго-восточную окраину Азии (Никобарские и Андаманские острова) и смыкается с первой дугой в районе Малайского архипелага. Острова гористы, и горы круто обрываются в море. С внешней стороны островные дуги окружены глубоководными желобами, в которых отмечаются максимальные глубины Мирового океана. Среди них самая глубокая впадина — Марианская (11022 м ниже уровня моря). Высокая тектоническая активность земной коры в районах островных дуг проявляется в виде частых сильных землетрясений и мощных извержений вулканов. Только на острове Ява насчитывается свыше 130 вулканов, а в проливе между Явой и Суматрой находится вулкан Кракатау, известный своими разрушительными извержениями-взрывами (особенно в 1883 г.). Климат Малайского архипелага экваториальный. Здесь круглый год тепло, температуры почти не меняются (месячные амплитуды не превышают 1,5 - 2,0°), всегда влажно, сезоны года не выражены; недаром такой климат называют климатом «вечного лета». На островах произрастают влажные экваториальные леса, пышные и разнообразные. Самые известные породы деревьев здесь фикусы и пальмы, а также древовидные папоротники. Эти леса — древнейшие на планете. На равнинах леса вырубаются, а освободившиеся участки занимаются «тропическими огородами», плантациями древесных культур, рисовыми чеками.

 

 

В АЗИИ ПРОЖИВАЕТ 3,5 млрд человек (1995 г.), т. е. более 60% мирового народонаселения, хотя ее площадь составляет лишь 23% площади суши Земли, а доля азиатских стран в общемировом производстве — всего 8%. Ежегодно азиатское население увеличивается в среднем на 54 млн человек, что сопоставимо с появлением на карте мира еще одного крупного государства. Перенаселенность и бедность жителей — причины многих экологических кризисных ситуаций. Наиболее острые из них — деградация земель, сведение лесов, уменьшение водозапасов и ухудшение их качества, деградация морских и прибрежных экосистем.

 

 

Деградация продуктивных земель влияет на обеспечение продовольствием населения большинства азиатских стран. От хронического недоедания страдает почти 1/3 населения Южной и Юго-Восточной Азии, где очень мало земель, пригодных для земледелия. В целом во всей Азии таких земель мало — всего 0,25 га на одного человека. Это меньше, чем в остальных частях света. Распаханные земли быстро деградируют, так как за ними нет надлежащего ухода. Почвы теряют гумус, легко размываются, распыляются, засоляются, иссушаются, теряют запас питательных элементов. Сейчас в мире признаны деградирующими 1,9 млрд га продуктивных почв, из которых 850 млн га, т. е. половина, находятся в Азии. Наибольший урон приносит водная эрозия: ею поражены 60% всех пахотных земель в Азии. Водная эрозия особенно интенсивна на низменности Ганга и в предгорьях Гималаев, на Северо-Китайской равнине и равнинах Индокитая. Около 1/4 земель страдают от суховеев. Вторичным засолением охвачена почти половина массива орошаемых почв, главным образом в Месопотамии, Пакистане и других районах. Опустыниванию подвержены огромные площади — 86 млн га.

 

 

Неконтролируемый выпас скота на пастбищах, сведение лесов и отсутствие почвозащитных мероприятий на пашнях способствуют опустыниванию. Им поражены многие сотни тысяч гектаров в Китае, Афганистане, Монголии, Пакистане и Индии.

 

 

 

Северная Америка — материк в Западном полушарии. Площадь Северной Америки с прилегающими островами — 24,25 млн км². По размерам это третий материк планеты после Евразии и Африки. На его территории находятся три крупных государства (США, Канада и Мексика) и 12 небольших государств. Численность населения 499 млн человек (2004).

 

 

ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ РЕЛЬЕФА Северной Америки — горный пояс Кордильер, протянувшийся на западе вдоль всего материка. Остальную часть занимают обширные равнины и возвышенности Внекордильерского Востока. Только сравнительно невысокие горы Аппалачи окаймляют эти равнины на юго-востоке. Столь четкие различия в рельефе объясняются тектоническим строением материка. Кордильеры — сложная горная страна, состоящая из двух параллельных систем высоких складчатых хребтов. Внутри горного пояса находятся участки плоскогорного и даже плоского рельефа — плато Колумбийское и Колорадо, нагорья Большой Бассейн и Мексиканское. В основании Внекордильерского Востока лежит древняя жесткая докембрийская Северо-Американская платформа. На ее крайнем севере, частично опущенном под воды Северного Ледовитого океана, расположены многочисленные острова Канадского Арктического архипелага и крупнейший остров Земли — Гренландия. Его площадь превышает 2,2 млн км², и 85% поверхности острова покрыты мощным ледяным панцирем.

 

 

СЕВЕРНАЯ ЧАСТЬ Внекордильерского Востока занята приподнятой кристаллической Лаврентийской возвышенностью высотой до 300 - 400 м. К центру ее поверхность снижается, образуя котловину обширного, но неглубокого Гудзонова залива. Он сформировался в результате прогибания поверхности под тяжестью ледниковых толщ в период четвертичного оледенения. Ледники оставили многочисленные следы недавнего пребывания на поверхности Лаврентийской возвышенности — озы, друмлины, моренные скопления. У края возвышенности, там, где ледники остановились и начали таять, образовалась цепочка больших и малых озер, наполненных талой водой: Большое Медвежье, Большое Невольничье, Виннипег и др. Наиболее значительные из них — Великие озера Северной Америки: Верхнее озеро, Мичиган, Гурон, Эри, Онтарио. Это крупнейшее скопление пресной воды на Земле, вмещающее около 24 тыс. км³.

 

 

Южнее Лаврентийской возвышенности фундамент платформы перекрыт осадочными толщами; здесь простираются Центральные равнины. Почти посредине их пересекают крупнейшая река материка Миссисипи (длина 3950 км) и ее притоки Миссури, Огайо, Теннесси и др. Реки — полноводные, несут большой объем ила и взвесей. У впадения в Мексиканский залив Миссисипи образует дельту. Вдоль восточных подножий Кордильер с севера на юг тянутся Великие равнины. Их неровная поверхность повышается вблизи гор до 1600 м и изрезана многочисленными долинами рек, стекающих со склонов Кордильер. Там, где Великие равнины пересекает река Миссури, находится сильно изрезанная оврагами местность, известная как дурные земли, или бедленд (от англ. badland).

Прибрежные районы юга Внекордильерского Востока заняты береговыми низменностями. К югу от Центральных равнин расположена плоская Примексиканская низменность, постепенно снижающаяся в сторону Мексиканского залива. Ее наклонная поверхность испещрена уступами-куэстами. Вторая береговая низменность — Приатлантическая. Она расположена на юго-восточной окраине Северной Америки, на побережье Атлантического океана.

 

 

ОЧЕРТАНИЯ СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ похожи на треугольник, основание которого находится на севере, а вершина — на юге. И поскольку на севере материка нет высоких гор, ограждающих его от вторжения холодных воздушных масс, арктические и субарктические ландшафты продвигаются далеко на юг по территории Канады. Умеренный пояс занимает центральные районы материка, но по сравнению с Евразией его северные и южные границы сближены. Южный сектор Северной Америки расположен в субтропических и тропических широтах и омывается теплыми водами Мексиканского залива. В заливе рождается самое мощное теплое океаническое течение Мирового океана — Гольфстрим, которое утепляет и увлажняет весь юго-восток материка.

Кордильеры обильно орошаются тихоокеанскими циклонами, но горный барьер Кордильер перехватывает почти всю влагу, и к востоку от него осадков выпадает очень мало. На Колумбийском плато и особенно в Большом Бассейне, на плато Колорадо и на Мексиканском нагорье сухо и жарко. Здесь господствуют полупустынные и пустынные ландшафты.

 

 

Равнины и возвышенности Внекордильерского Востока увлажнены лучше. На холодном севере материка, где испарение слабое, ландшафты переувлажнены, и потому там много болот, озер и рек. На Центральных равнинах климат умеренно теплый или теплый, влаги здесь тоже достаточно. Береговые низменности — Примексиканская и Приатлантическая — круглый год увлажняются муссонами с Мексиканского залива и поэтому сильно заболочены. Асимметричное строение поверхности обусловило не только климатические особенности, формирование рек и речного стока, но и расположение природных зон. Их набор повторяет структуру географических поясов Евразии, но поскольку размеры материка меньше, то и площади зон меньше и их смена происходит чаще. Сравнивая карты географических поясов и зон Евразии и Северной Америки, легко заметить, насколько далеко на юг продвинуты границы арктического и субарктического поясов в Северной Америке. На широтах Лондона и Парижа, где тепло и растут пышные лиственные леса (дуб, бук, каштан и др.), в Северной Америке на полуострове Лабрадор преобладают темнохвойные таежные леса, мрачные и заболоченные.

Климатические особенности североамериканских природных зон объясняются также увлажняющим влиянием течения Гольфстрим, в результате чего на юго-востоке материка зоны сменяют друг друга не с севера на юг, как в Евразии, а от побережья Атлантического океана в глубь материка. Лесные зоны умеренного и субтропического поясов раскинулись на востоке, вблизи океана, а в центре — высокотравные прерии и степи.

 

 

НА ЗАПАДЕ ЦЕНТРАЛЬНЫХ РАВНИН США находятся знаменитые прерии Северной Америки. Когда-то они представляли собой безбрежное море высокотравной луговой или степной растительности, необычайно буйной. Высота и плотность трав достигали таких размеров, что в них легко мог скрыться всадник на коне. Основные виды трав — голубой бородач (до 2 м высоты) и малый бородач, индейская трава, ковыли, мятлики, пырей, образующие плотные куртины. Ярко цветущий покров трав к осени увядает, превращаясь в толстый слой бурой сухой массы. Достаточно искры или попадания молнии, чтобы вспыхнул пожар, охвативший сотни и тысячи квадратных километров. Крупные стада бизонов некогда паслись в прериях (предполагают, что их численность достигала 50 — 60 млн голов), но появление европейцев с огнестрельным оружием привело к массовому отстрелу бизонов и почти полному их исчезновению в конце XIX в. Понадобились большие усилия, чтобы вновь возродить популяцию бизонов. Кроме того, в прериях обитали вилороги, множество грызунов.

 

 

Уникальность ландшафтов прерий состоит в том, что по климатическим условиям (обеспеченность теплом и влагой) в них вполне могли бы произрастать деревья. Однако плотная дерновина злаковых и ежегодные пожары тормозят развитие молодых побегов деревьев, тем более что высокие травы каждую весну вырастают вновь. В настоящее время прерии в естественном виде почти не сохранились. Их плодородные почвы практически полностью распаханы, и вместо ковра высоких трав повсюду простираются бескрайние поля кукурузы и сои. Ландшафты прерий образуют ядро кукурузно-соевого пояса США.

 

 

На Великих равнинах, удаленных от влажных атлантических воздушных масс, господствуют степи. Внутригорные плато и плоскогорья Кордильер — царство полупустынь и пустынь. Чрезвычайная сухость отличает юг Большого Бассейна, где находится пустыня Мохаве — «полюс сухости» материка. Осадков здесь выпадает 45 - 150 мм в год. Это безжизненные каменистые пространства, раскаленные солнцем. Здесь преобладают креозотовые кустарники, кактусы, юкки. В глубокой тектонической расщелине Долины Смерти (ее днище опущено на 85 м ниже уровня моря) постоянно регистрируются максимальные для Северной Америки температуры — до +57 °С.

 

 

КАЛИФОРНИЙСКАЯ ДОЛИНА расположена вблизи побережья Тихого океана, но осадков здесь выпадает мало (всего 500 - 300 мм в год), хотя тепла и солнечных дней достаточно. Она отличается теплым, но сухим климатом. Это глубокая тектоническая впадина, заполненная отложениями рек Сакраменто и Сан-Хоакин. В аллювиальных наносах рек в конце XIX в. были обнаружены месторождения золота, ставшие причиной знаменитой «золотой лихорадки». Некогда плоская поверхность долины была покрыта степями, а на юге даже полупустынной растительностью. Однако уже в XIX в. на плодородных коричневых почвах долины появились плантации цитрусовых и плодовых деревьев, поля с овощными культурами. Главную проблему — дефицит атмосферной влаги — решили за счет искусственного орошения. В Калифорнии осуществлен один из крупнейших гидротехнических проектов США: воды рек Сакраменто и Сан-Хоакин собираются в систему мощных водоотводов и направляются на поля и плантации Калифорнийской долины. Общий объем перебрасываемых пресных вод достигает 15 км³, что позволяет оросить многие тысячи гектар посевов. Так, Калифорнийская долина стала крупнейшим районом орошаемого земледелия в США.

На склонах окружающих гор осадков гораздо больше. Особенно это характерно для высокогорной Сьерра-Невады, где произрастают самые продуктивные леса на планете — леса из секвойи вечнозеленой.

 

 

ЛЮДИ СИЛЬНО ИЗМЕНИЛИ ПРИРОДУ Северной Америки. На территории США и Канады возникают острые проблемы природопользования, характерные для экономически развитых стран. Промышленные объекты и крупные города на юго-востоке Канады, на северо-востоке США, в Калифорнии и других районах загрязняют атмосферу. Значительную долю загрязнений вносит транспорт. Только на территории США в воздух выбрасывается почти 5 млрд т углекислого газа, что составляет около 22% общемировых выбросов; еще 0,5 млрд т поступает с территории Канады. Помимо углекислого газа в воздушную среду материка попадают и другие газообразные загрязнители. Они отрицательно влияют на здоровье людей, губят растительность, окисляют почвы и даже разрушают стены зданий.

 

 

Другая серьезная проблема — избыточное производство разнообразных химических продуктов, используемых в промышленности и в быту. После использования эти вещества скапливаются на свалках или особых полигонах, но существует большая опасность их проникновения в воду, воздух и почву. Проблема уничтожения и обезвреживания этих отходов стала в последние годы национальной проблемой США и Канады.
 

 

 

Южная Америка занимает площадь около 18,28 млн км² (с островами). Узкий Панамский перешеек соединяет ее с Северной Америкой. Очертания материка довольно простые, берега слабо изрезаны заливами или полуостровами. Население — 364 млн человек (2003).

 

 

РЕЛЬЕФ МАТЕРИКА по форме сходен с рельефом Северной Америки. Западную его часть занимает обширный горный пояс Анд, центральную и восточную части — низменности и плоскогорья на докембрийской Южно-Американской платформе. Однако в отличие от Северной Америки Южная Америка — очень теплый материк. Экватор пересекает его почти посредине, и поэтому на преобладающей части территории развиты ландшафты экваториального, субэкваториального и тропического поясов. Асимметричность, свойственная рельефу, проявляется и в климатических условиях, и в речной сети, и в расположении природных зон. Над северными и центральными районами Внеандийского Востока господствуют влажные и теплые воздушные массы, приходящие со стороны Атлантического океана, и поэтому наиболее увлажненные ландшафты расположены на востоке. В широкой северной части материка находится одна из крупнейших на планете низменностей — Амазонская. Река Амазонка берет начало в Андах, недалеко от тихоокеанского побережья, и течет на восток через весь материк, впадая в Атлантический океан. В этой части материка находятся и другие крупные речные системы — реки Парана и Ориноко.

 

 

В БАССЕЙНЕ АМАЗОНКИ находятся крупнейшие на планете вечнозеленые леса влажных тропиков, или гилеи (от греч. hyle — лес). Обилие тепла и влаги в течение года позволяет произрастать пышным, густым, многоярусным и очень разнообразным по видовому составу лесам. Только древесных видов в лесах Амазонии насчитывается до 3000, и на каждом гектаре леса трудно обнаружить хотя бы два дерева одного вида. Деревья верхнего яруса достигают 50, 60 и даже 90 м высоты. Деревья, стволы которых часто перевиты лианами и эпифитами, растут плотно, под их пологом всегда царит полумрак и очень влажно. Деревья ведут отчаянную борьбу за свет и питательные вещества, которыми бедны почвы гилейных лесов. Здесь произрастают деревья многих ценных пород, например каучуконосы из семейства молочайных, цезальпиния, кокосовая и масличная пальмы. Для получения древесины ценных пород устраиваются особые лесные плантации. Животный мир Амазонии тоже весьма разнообразен. Правда, крупных животных мало. Это ягуар, пума, обезьяны, ленивцы, муравьеды и др. Очень много змей, среди них гигантские — анаконда, удавы. Леса Амазонии называют «легкими планеты». По подсчетам ученых, эти леса поглощают до 25% углекислого газа. До 70-х гг. XX в. гилеи почти не осваивались, но с 1974 г. здесь ведется интенсивное строительство. Сведение влажных экваториальных лесов (не только в Амазонии, но и в других регионах) и строительство рудников может серьезно нарушить газовый состав атмосферы Земли.

 

 

ВЫСОКОГОРНОЕ ЦЕНТРАЛЬНО-АНДИЙСКОЕ НАГОРЬЕ (Пуна) — обширная область пониженного рельефа, зажатая со всех сторон высокими, более 6000 м, хребтами Анд. Средняя высота Пуны превышает 4000 - 4600 м, а ширина — около 600 км. Участки вулканических плато чередуются с плоскими равнинами (Альтиплано), которые представляют собой днище бывшего гигантского озера. Его остатки — озеро Титикака на высоте 3812 м (величайшее из высокогорных озер мира) с глубиной до 304 м и озеро Поопо. Растительный покров — очень скудный: это низкорослые вечнозеленые кустарники или дерновинно-злаковые (типчаки, ковыли), а также опунции (семейство кактусовых) . В более теплых районах Пуны пустыни уступают место высокогорным степям с плотным травяным покровом. Население выращивает кукурузу, пшеницу (местные виды вызревают на высотах до 3900 м) и картофель.

К северу от Амазонской низменности находится кристаллическое Гвианское плоскогорье высотой до 3014 м. Здесь тоже растут гилейные леса. Южнее Амазонской низменности поверхность вновь приподнимается. Здесь, на выступе Южно-Американской платформы, сформировалось Бразильское плоскогорье высотой до 2890 м. Его рельеф очень неоднороден — от почти столообразных плато в центре до высоких плосковершинных гор на востоке. Природные зоны тоже меняются: на востоке — это влажные экваториальные или субэкваториальные леса, а в центре плоскогорья, где увлажнение снижается, распространены ландшафты пальмовых и высокотравных саванн, называемых льянос. На северо-востоке плоскогорья, огражденные от влажного атлантического воздуха горами, возникли уникальные ландшафты бразильской каатинги, в которых господствуют многочисленные виды кактусов и суккулентов. Западные секторы географических поясов прижаты горными хребтами Анд к узкому тихоокеанскому побережью, и почти на всем протяжении здесь господствуют полупустынные и пустынные ландшафты (пустыня Атакама).

 

 

К ЮГУ ОТ БРАЗИЛЬСКОГО НАГОРЬЯ тянется широкая Лаплатская низменность, по которой течет река Парана. Здесь преобладают высокотравные (до 1,5 м высотой) злаковые субтропические степи — пампы, и так же, как в прериях Северной Америки, в них редко можно встретить растущие деревья. Травы пампы давно и интенсивно используются для выпаса домашнего скота и табунов лошадей, поэтому ее растительный покров в настоящее время сильно изменен. Почвы в степях — плодородные, черноземовидные, и многие участки пампы распаханы и заняты посевами зерновых. Южный сектор материка, к югу от долины реки Парана, представлен ландшафтами субтропического и умеренного поясов. В этих поясах более увлажненные зоны с лесной растительностью находятся на западном побережье, орошаемом тихоокеанскими циклонами. К востоку от Анд, на равнинах Патагонии, увлажнение становится таким незначительным, что это ведет к образованию сухих степей и полупустынь.

 

 

Анды — сложная горная система, протянувшаяся вдоль всего западного побережья Южной Америки. Почти на всем протяжении Анды состоят из параллельных, очень высоких (до 6000 м) складчатых хребтов — Восточных, Центральных, Западных и Береговых Кордильер, между которыми располагаются более низкие участки — межгорные котловины, то узкие, то расширяющиеся в виде плоскогорий. Наиболее обширное нагорье — Пуна.

 

 

Африка — второй по величине материк Земли; его площадь — 30 млн км². С севера на юг он протянулся на 8000 км, с запада на восток — на 7500 км. Экватор делит Африку почти посредине. Население — 778 млн чел. (1998).

 

 

АФРИКА — довольно монолитный, однообразный по рельефу материк. Берега слабо изрезаны, крупные заливы или полуострова отсутствуют. Большая часть его основания принадлежит докембрийской Африканской платформе, поэтому на поверхности господствуют обширные равнины, низменности и возвышенности, иногда прерываемые плоскогорьями (Тибести, Ахаггар). В центре материка платформа опускается, образуя огромную впадину, по которой протекает полноводная река Конго, уступающая по объему стока только Амазонке. Менее обширная впадина Калахари расположена на юге материка. Восток Африки сильно приподнят; здесь поднимаются Эфиопское и Восточно-Африканское нагорья с резко пересеченным рельефом. Их максимальные высоты достигают более 3000 м. Главная особенность Восточно-Африканского нагорья — продольные тектонические разломы древнего кристаллического основания, вдоль которых сформировались вытянутые с севера на юг системы рифтов (грабенов). Центральные участки рифтов — плоские, заняты долинами рек, озерами (Ньяса, Эдуард, Танганьика, Виктория и др.) или впадинами (Нгоро-Нгоро). По бортам рифтов поднимаются очень высокие вулканические массивы (до 4500 - 5000 м и более), действующие или уже потухшие (Килиманджаро, Кения, Рувензори и др.), К востоку от африканского массива суши находится остров Мадагаскар — отделившийся участок Африканской платформы. Молодые горные сооружения находятся только на севере (горная система Атлас) и на юге Африки (Капские горы).

 

 

САМЫМ ЖАРКИМ МАТЕРИКОМ ЗЕМЛИ по праву считается Африка. На ее территории широко представлены ландшафты экваториального, субэкваториальных и особенно тропических поясов обоих полушарий. Выравненность рельефа обеспечивает почти классическую смену поясов и зон в субмеридиональном направлении, а высотная поясность отмечается только на нагорьях Восточной Африки, а также в Атласских и Капских горах. В экваториальных широтах, во впадине Конго, где круглый год очень тепло и выпадает много осадков, произрастают влажные экваториальные леса (гилеи). К северу и югу от них наблюдается почти зеркально повторяющаяся смена географических поясов: экваториальные леса сменяются субэкваториальными высокотравными саваннами, далее, по мере нарастания засушливости, им на смену приходят пустынные саванны, и, наконец, огромные территории охватывает самый обширный на планете пояс тропических и субтропических пустынь Сахары. На юге саванны также переходят в пустыни Калахари и Намиб. Площадь пустынь занимает почти 20 млн км². Среди них Сахара — самая большая пустыня Земли: протяженность ее с запада на восток — более 6000 км; с севера на юг — более 2000 км; ее площадь (около 9 млн км²) составляет 1/3 площади Африки.

 

 

НАД САХАРОЙ круглый год господствуют сухие и жаркие тропические массы воздуха, редко образующие облака и не приносящие дождей. Сахара — одна из самых жарких пустынь планеты.

Летом дневная температура воздуха всегда превышает +30°С, часто достигает +45°С, +50°С, а на почве она поднимается до +70°С, +80°С. Из-за отсутствия облаков температуры в течение суток сильно колеблются, и ночью даже детом они снижаются до + 10 °С. На севере Сахары зимой температуры — около +10°С и на юге +20°С. Могут быть даже ночные заморозки, а в горах нередко выпадает снег, хотя держится он всего несколько часов.

Осадки выпадают крайне редко. Их мало — до 50 мм в год. На востоке, в Ливийской и Нубийской пустынях, осадки могут не выпадать до 10 лет подряд. Чрезвычайная сухость (экстрааридность) климата обусловливает господство на всей территории Сахары обширных пустынь, лишенных древесной и травянистой растительности. Сильные и постоянные ветры переносят массы песка и мелких частиц, меняя форму поверхности. Существует несколько типов пустынь. Наиболее распространены каменистые пустыни хамады, образующиеся на возвышенностях и плоскогорьях. Их поверхность усеяна острыми обломками камней и щебнем, сцементированными в плотную кору толщиной до нескольких метров. Там, где когда-то, в более влажные геологические эпохи, существовали озера, образовались мощные скопления гальки. Такие галечниковые пустыни называют реги. На пониженных участках поверхности происходят накопления песка, мелкозема и глины, чередующиеся с солончаками. Этот тип пустынь называют сериры. Настоящее море песка представляют собой эрги. Они возникают в разных местах Сахары в результате эолового (ветрового) переноса мелких частиц выдуваемого мелкозема. В эргах движущиеся пески образуют огромные барханы (иногда до 200 - 300 м высоты) и дюны различных размеров и постоянно меняющейся конфигурации. Гряды дюн тянутся на многие десятки и даже сотни километров. Скудная атмосферная влага просачивается в глубину песчаных толщ, и за многие тысячелетия в песчаных пустынях скопились крупные запасы подземных вод. В местах их выхода на поверхность возникают очаги жизни — оазисы. Самая большая концентрация населения — в долине реки Нил, который пересекает Сахару с юга на север. Воды Нила используются для орошения полей и плантаций.

 

 

РАСТИТЕЛЬНОСТЬ в сахарских пустынях на обширных пространствах вообще отсутствует или крайне разрежена и бедна видами. В песчаных пустынях растут многолетние злаки псаммофиты и фреатофиты с мощной корневой системой (например, злак дрин имеет длину корней до 20 м) или ксерофитные кустарники — акации, тамариск, саксаулы. В хамадах каменистые почвы покрыты черной пленкой — пустынным загаром, кое-где можно встретить искривленные стволы саксаула, а после дождей на несколько дней зацветают эфемеры. Только в оазисах можно увидеть деревья. Здесь выращивают очень ценную финиковую пальму, хлопчатник, маис, пшеницу, бананы и многие тропические культуры. Оазисы — очаги средоточения населения, остальная часть Сахары не заселена. Между сахарскими пустынями и влажными экваториальными лесами впадины Конго располагается обширная полоса саванновых ландшафтов. Ее ширина — около 1000 км. Климат здесь постоянно теплый (даже в январе температура не опускается ниже +20°), но по увлажнению четко выделяются два сезона — влажный и сухой. Граничащая с пустынями сухая часть — опустыненная саванна, носит название сахель. Именно здесь губительно проявляются процессы опустынивания.

Почти все серьезные экологические проблемы обусловлены тяжелым экономическим положением африканских стран и нищетой населения. Из 30 самых бедных государств мира 21 страна находится в Африке. Прирост народонаселения в Африке (до 4,4% в год) — самый высокий в мире. Через 10 лет на африканском континенте будет проживать почти 1 млрд человек. Ученые подсчитали, что природных ресурсов континента явно недостаточно, чтобы обеспечить всем африканцам необходимый уровень питания, образования, жилищных условий. На обширных пространствах господствуют пустыни, полупустыни или сухие саванны. В таких тяжелых условиях проживают 2/3 африканского населения (около 400 млн человек). Опасность засухи существует в 36 странах Африки, но она особенно велика в граничащей с Сахарой зоне сахели. Пахотные земли занимают здесь всего около 6% общей площади. Разведению крупного рогатого скота во многих районах препятствует муха цеце, укус которой для домашних животных смертелен, поэтому даже ландшафты саванн недостаточно используются под пастбища.

 

 

ЕЩЕ ОДНА ПРОБЛЕМА — недостаток чистой питьевой воды. Даже во многих городах в домах отсутствуют водопроводы, а сельское население использует для питья и приготовления пищи воду из рек, ручьев, прудов и других открытых водотоков.
 

 

Австралия — самый маленький материк Земли; его площадь — 7,7 млн км². Он обладает уникальными ландшафтами, очень древними, но до сих пор сохраняющими своеобразие.

 

МАТЕРИК слабо расчленен, поверхность преимущественно равнинная, и только на востоке протянулись невысокие Восточно-Австралийские горы — Большой Водораздельный хребет, Голубые горы, Австралийские Альпы (максимальная высота горы Костюшко — 2228 м). На западе Австралии господствуют возвышенности и невысокие (до 400 — 500 м) плоскогорья и лишь некоторые низкогорья поднимаются до высоты 1500 м. Центральная равнинная часть опущена, и озеро Эйр расположено ниже уровня моря. Большая часть материка принадлежит к области древней (докембрийской по возрасту) Австралийской платформы. Большой Водораздельный хребет относительно молод и имеет складчатую структуру.

 

 

АВСТРАЛИЯ — самый сухой континент планеты. Он расположен преимущественно в тропических широтах, и над ним круглый год господствуют антициклональные массы воздуха с низким влагосодержанием. В тропиках осадков выпадает от 50 до 150 мм в год. Температуры летом (в январе) превышают в среднем + 30°С и зимой (в июле) удерживаются выше +10°С, +15°С, хотя ночью иногда возможны заморозки. Вся центральная и западная части Австралии заняты ландшафтами пустынь и полупустынь, которые протянулись на западе и юге материка до побережий Индийского океана и Большого Австралийского залива. В каменистых или щебнистых пустынях, занимающих центр Австралии, растут ксерофитные многолетние травы и невысокие вечнозеленые колючие кустарники акаций. Они образуют формацию мулга-скрэб. На западе и востоке распространены песчаные пустыни (например, пустыня Симпсон) с длинными грядами дюн, скрепленными сухими и жесткими злаками (высокая «тростниковая трава», спинифекс и др.).

Зоны увлажнения располагаются концентрично. По периферии тропических пустынь, где увлажнение возрастает, появляются редко стоящие ксерофитные кустарники эвкалиптов. Их называют малли-скрэб. Еще дальше к северу располагаются тропические и субэкваториальные саванны и редколесья, куда экваториальные муссоны приносят летом дожди, хотя зимой засуха продолжается до семи-восьми месяцев. Растительность саванн состоит из многочисленных видов злаков. Над покровом трав поднимаются эвкалиптовые деревья, а иногда и кипарисовые сосны, что придает ландшафтам парковый облик. В саваннах обитают различные сумчатые.

На полуострове Кейп-Йорк и на северных наветренных (тихоокеанских) склонах Восточно-Австралийских гор произрастают влажные тропические леса. Здесь круглый год тепло и влажно, поэтому леса имеют большое сходство по видовому составу и внешнему облику с дождевыми вечнозелеными лесами Малайского архипелага. Здесь в изобилии растут пальмы, подокарпусы, гревиллея, серебряное дерево и др. На распаханных участках выращивают сахарный тростник и прочие тропические культуры. В южной части Восточно-Австралийских гор также произрастают влажные вечнозеленые леса, но уже субтропические.

 

 

В ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТЯХ ТИХОГО ОКЕАНА находятся многочисленные скопления островов, крупных и мелких. Они размещены в основном в тропических широтах и характеризуются мягким влажным климатом и своеобразной, эндемичной флорой и фауной. Острова подразделяют на три группы.

Меланезия состоит из ряда крупных островов, расположенных южнее экватора. Это Новая Гвинея, Соломоновы, Новые Гебриды, Бисмарка, Новая Каледония, Фиджи. Рельеф островов — молодые горы, складчатые или вулканические. Здесь нередки землетрясения и извержения лав. Склоны гор покрыты густыми вечнозелеными дождевыми лесами или саваннами.

Микронезия — группы островов между экватором и Северным тропиком: Марианские, Каролинские, Маршалловы, Гилберта. Их происхождение — коралловые атоллы. Полинезия — остальная часть Океании. Самый крупный архипелаг — Гавайские острова имеют вулканическое происхождение. Активно действующий вулкан Мауна-Лоа (4205 м) — самый большой по объему слагающего его материала вулкан на Земле. Более мелкие острова, разбросанные по всей восточной части Тихого океана, — преимущественно коралловые атоллы. Их поверхность покрыта влажными тропическими лесами.

 

 

Антарктида резко отличается от остальных материков нашей планеты. Это — единственный вокругполюсной материк Земли. Его поверхность на 99% покрыта мощным ледниковым панцирем. Объем льда достигает 26 млн км³; это примерно 87% объема льда на Земле. Средняя мощность ледяного покрова — 1830 м, а максимальная — 4776 м. Ледники занимают площадь 13 980 млн км². Если бы ледники Антарктиды растаяли, то уровень Мирового океана повысился бы на 62 м.

 

 

АНТАРКТИДА — самый высокий материк Земли. Его средняя высота — около 2000 м над уровнем моря, что в 2,5 раза больше высоты остальных материков (870 м). Но поверхность коренных пород находится в среднем всего на высоте 110 м.

Коренное ложе материка неоднородно. Высокий Трансантарктический хребет пересекает материк от моря Уэд делла до моря Росса, отделяя массивную и более высокую Восточную Антарктиду от меньшей по размерам Западной Антарктиды. Хребет почти полностью перекрыт ледниками, но его максимальная вершина поднимается до высоты 4528 м (гора Керкпатрик).

Восточная Антарктида — единый ледяной купол, круто поднимающийся от побережий, но в центральной части он образует почти горизонтальное плато, с максимальными отметками около 4000 м над уровнем моря. Поверхность Западной Антарктиды более ровная: здесь располагаются три ледяных купола, поднимающихся на неровностях подледного основания до 1000 - 2000 м над уровнем моря.

Горные цепи прорывают ледниковый покров, образуя отдельные хребты. В одном из них — в горах Сентинел — находится высшая точка Антарктиды (5140 м) — гора Винсон. А на основании Восточной и большей части Западной Антарктиды размещается древняя платформа, осколок Гондваны. Древний цоколь испытал глубокие расколы и разломы, по линиям которых крупные блоки перемещались вверх или вниз. Эти процессы сопровождались вулканической деятельностью, создавшей базальтовые и туфтовые плато Земли Королевы Мод и отдельно стоящие вулканические конусы. На древних породах залегают осадочные слои палеозоя, в которых обнаружены залежи каменного угля, а также медные и молибденовые руды. Самые молодые участки — альпийские сооружения Антарктического полуострова, узкого, глубоко вдающегося в воды южной части Атлантического океана.

Вдоль берегов Антарктиды на прибрежных низменностях и на мелководьях обширных неглубоких заливов сформировались шельфовые ледники. Они занимают до 12% общей площади материка (вместе с островами). Они подвижны, но местами как бы цепляются за поднятия дна. Крупнейшие среди них — шельфовые ледники Росса и Ронне-Фильхнера. В прибрежных горных районах Антарктиды существуют выводные ледники — похожие на реки массы льда, стекающие в океан. Самый крупный выводной ледник — Ламберта — имеет длину 700 км и ширину 30 — 40 км. В прибрежной полосе есть участки суши, свободные ото льда и занятые талыми пресными водами, не замерзающими круглый год. Это — оазисы. В талой воде озер или ручьев произрастают водоросли. Под тяжестью мощных ледниковых масс коренное ложе материка прогнулось, и во многих участках оно расположено ниже уровня океана. Наибольшая глубина поверхности кристаллического основания в Восточной Антарктиде — 2341 м, а в Западной — 2555 м.

Средняя годовая температура воздуха в центральных районах Антарктиды равна 55 - 57°С ниже нуля, а зимой она опускается до -60°С. Коротким антарктическим летом температуры поднимаются до -35°С, -50°С, и лишь на побережье могут наблюдаться положительные температуры (до +2°С).

 

 

Круглый год над ледниковой поверхностью материка господствует приполюсной антициклон термического происхождения, с нисходящими потоками воздуха. Воздух, холодный и сухой, оттекая от центра антициклона образует стоковые ветры. Отсутствие облачности создает дополнительное выхолаживание. Этому процессу способствует также высокое альбедо — практически вся солнечная радиация (более 90%), скудная на этих широтах, отражается от поверхности льда и уходит в мировое пространство. Поэтому в Антарктиде экстремальные морозы, преобладают ясные погоды с малым количеством осадков (до 30 - 50 мм снега в год), сильные ветры.

 

 

Гидросфера — водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях. Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах.

Изучение происхождения и эволюции гидросферы исключительно важно для теории и практики, так как жизнь появилась вместе с гидросферой и тесно связана с ней.

 

 

ГИПОТЕЗА «ГОРЯЧЕГО» ПРОИСХОЖДЕНИЯ Земли и гидросферы господствовала до середины XX в. Она основывалась на теории астронома П. Лапласа (1749 - 1827), считавшего, что все планеты Солнечной системы возникли из солнечного вещества, вырванного силой притяжения пролетавшей недалеко от Солнца звезды. Из сгустков солнечного вещества сформировались планеты, которые затем долго остывали. Земля охлаждалась до тех пор, пока на ее поверхности не образовалась кора, а лишь потом из остывшей атмосферы полились дожди. Вода скапливалась в понижениях, образуя разнообразные водоемы. Таким образом, возраст гидросферы значительно уступал возрасту Земли, а образование гидросферы представлялось сравнительно коротким явлением в жизни планеты.

Ученые установили, что горячая плотная атмосфера при наличии твердой земной коры — образование очень устойчивое, о чем свидетельствует планета Венера, температура атмосферы которой составляет примерно 400°С. К тому же в самых древних из обнаруженных на Земле горных породах, возраст которых около 3,8 млрд лет, были найдены отпечатки одноклеточных организмов, которые могли существовать только при наличии жидкой воды. Все это подтверждало теорию «холодного» образования планет из пылевого облака, вращавшегося вокруг Солнца. В этом облаке возникали сгустки, ставшие зародышами будущих планет. Мелкие сгустки захватывались более крупными, которые росли и вбирали в себя основную массу пылевого облака, образуя планеты. По расчетам одного из создателей этой теории B. C. Сафронова, процесс формирования планет начался 4,65 млрд лет назад. Современного размера планеты, в том числе Земля, достигли через 100 млн лет. Тогда на молодой Земле господствовали суровые и холодные пустыни, над которыми простиралось черное небо. На поверхность падали небесные тела, но грохота взрывов они не вызывали, так как атмосфера еще не существовала или была очень тонкой. От ударов небесных тел в толще планеты накапливалось тепло, а поверхность без защитной атмосферной оболочки охлаждалась. При ударе небесных тел о Землю образовывался толстый слой реголита — смесь обломков и пыли. Из него-то и состояла поверхность нашей планеты. Среди небесных тел были и кометы — ледяные космические образования. Удары небесных тел о Землю «разогревали» ее изнутри. В результате более тяжелые вещества устремились к ее центру, а легкие и летучие поднялись к поверхности. Этот процесс и дал основное тепло для разогрева недр планеты. Дополнительное тепло возникло благодаря радиоактивному распаду. Оно плавило породы в глубине планеты. В результате через жерла вулканов и гигантские трещины, образовавшиеся на Земле, на поверхность стала изливаться расплавленная горная порода — магма, а вместе с ней — газы, горячая вода, водяные пары, которые быстро конденсировались. Этот процесс назван дегазацией. Она началась 4 млрд. лет назад, о чем свидетельствуют самые древние горные породы, найденные на Земле. Атмосфера и гидросфера обязаны своим образованием дегазации, которая продолжается и сейчас на нашей планете. С момента излияния магмы и дегазации отсчитывается геологическая история Земли. Этот период считается началом формирования гидросферы.

 

 

 

Круговорот воды на Земле, или глобальный гидрологический цикл, — это непрерывный процесс циркуляции воды на планете, обмен водой между всеми составляющими гидросферы. В нем участвуют поверхность земного шара, недра, толща воды и атмосферы.

 

 

ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ КРУГОВОРОТА ВОДЫ — Солнце. Солнечные лучи нагревают воду, и она интенсивно испаряется. Молекулы воды оказываются в атмосфере, причем половина их сосредоточена в нижнем полуторакилометровом слое воздуха. С высотой температура воздуха постепенно падает, поэтому пары воды на определенной высоте насыщаются и конденсируются в капельки воды или кристаллы снега, формируя облака. Облака проливаются дождем или выпадают в виде снега. Этот процесс идет непрерывно. Испарившаяся вода находится в атмосфере всего 8 - 9 дней, затем снова возвращается в океан, озеро, болото, реку или недра Земли.

Круговорот воды на Земле возник при образовании гидросферы. Океан стал основным поглотителем солнечного тепла и поставщиком водяного пара. Часть пара воздушными течениями переносится на сушу и после конденсации выпадает в виде дождей и снегопадов. Потоки дождевой и талой воды стекают к руслам рек, а затем по рекам к океану. На этом цикл водообмена между сушей и океаном заканчивается, но сам процесс бесконечен. Глобальный круговорот воды разделяется на океанический и континентальный.

 

 

ОКЕАНИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ - это непрерывный процесс испарения, перенос влаги воздушными течениями над океаном и выпадение ее в виде осадков на поверхность океана. За время существования планеты круговорот меняется в зависимости от площади океана и объема гидросферы. Сейчас ежегодно в океаническом круговороте участвует 458 тыс. км³ воды. Это почти шесть таких водоемов, как Каспийское море. Но испаряется с поверхности океана каждый год 505 тыс. км³. Разница в 47 тыс. км³ уходит на континенты, выпадая в виде дождя и снега на суше. Но благодаря этой небольшой части океанического круговорота воды на суше возник континентальный круговорот, положивший начало жизни на Земле, а затем и появлению человека.

 

 

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ - это непрерывный процесс испарения с поверхности суши и ее водоемов, образование облаков, выпадение осадков, а также поверхностный и подземный сток воды. Не вся вода, принесенная с океана на сушу, выпадает в виде осадков — от 20 до 75% ее проходит над материками транзитом и снова уносится в океаны.

Чем крупнее материк и выше на нем горы, тем больше он перехватывает океанической влаги. Поэтому максимальный перехват наблюдается в Евразии, а минимальный — в Австралии.

В континентальном круговороте ежегодно участвует 119 тыс. км³ воды. Из этой массы 47 тыс. км³ составляет влага, приносимая с океана, которая в процессе многократного выпадения в виде осадков и испарения на суше в сумме образует 119 тыс. км³ осадков. В процессе круговорота на суше ежегодно испаряется 72 тыс. км³ воды. Осадки на суше выпадают неравномерно. Наибольшее количество осадков в виде дождей отмечается в тропиках, в среднем за год это составляет слой воды толщиной 1 м. На плато Шиллонг в Индии за год выпадает 12 м осадков, а на горе Маези (Гавайские острова) — 14 м. В 1861 г. на Черрапунджи (Индия) — 23 м осадков. В самом засушливом месте на Земле, в Арике (Чили), в среднем на год приходится всего 0,8 мм осадков. Континентальный круговорот воды, как и океанический, за время своего существования варьировался в зависимости от изменения площади поверхности океана и объема гидросферы. Но в его геологическом прошлом (не столь отдаленном) произошли перемены, которые резко усилили этот круговорот.

 

ИЗ 4 МЛРД ЛЕТ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ Земли суша была безжизненной 3,4 млрд лет, так как жизнь существовала только в океане. На сушу жизнь вышла около 600 млн лет назад. Суша того далекого времени — это оголенное пространство с чередованием непроницаемых для воды поверхностей, скорее похожих на асфальтированные площади городов или высохшие глинистые участки, и территорий, проницаемых для влаги, типа песчаных пляжей, каменных осыпей или растрескавшихся твердых пород.

После дождя или таяния снега вода по водонепроницаемым поверхностям быстро стекала в реки или уходила в поры и трещины. Испарение на безжизненной суше было невелико. Живые существа, вышедшие из океана, не могли существовать в таких условиях, поэтому природа «океанизировала» сушу. Микроорганизмы создали на суше почву, которая обладает способностью задерживать воду. В этом «почвенном океане» на суше содержится 11,5 тыс. км³ воды, что соответствует очень мелкому океану, покрывающему сушу слоем воды в 10 см. Чтобы почва все время пополнялась влагой, необходимо большое испарение воды на суше. А для этого требуется увеличение площади испаряющей поверхности. Такую работу выполняют растения, листья которых через устьица интенсивно испаряют влагу, поступающую по корням из почвы. Этот вид испарения называется транспирацией. Листовая поверхность растений огромна. Площадь всех листьев в 3 - 4 раза больше площади всей суши, т. е. по величине она не меньше площади Мирового океана. Таким путем биота (совокупность всех организмов) на суше обеспечила более интенсивный круговорот воды. Контролирует континентальный круговорот растительность на суше.

 

 

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ - Непрерывный обмен водой между океаном, сушей и недрами Земли — происходит на суше и в океане в основном в тех зонах, где находятся границы литосферных плит. Вдоль одних границ плит существуют гигантские трещины, называемые рифтовыми, или зонами спрединга. В этих зонах плиты отодвигаются друг от друга. Так, весь Атлантический океан пересекает почти посередине гигантская рифтовая трещина. Аналогичные трещины есть и на суше. Например, в Восточной Африке на нее указывают озера Ньяса и Танганьика, а в Азии — озеро Байкал. Вдоль других границ происходит столкновение плит, и одна из них «ныряет» под другую. Эти районы называют зонами поддвига, или субдукции, и находятся они там, где существуют глубоководные океанические желоба. Последние тянутся от Камчатки до Индонезии в Тихом океане. На суше о движении плит свидетельствуют высокие горы. Так, полуостров Индостан пододвигается под Гималаи. Вместе с ныряющими литосферными плитами в глубины уходит и вся вода, находящаяся в порах и трещинах горных пород, а также в толще наносов на дне океана. В то же время вдоль рифтовых трещин, пересекающих все океаны, бьют источники очень горячих глубинных вод. В холодной придонной воде океана они быстро охлаждаются, а содержащиеся в них вещества выпадают в виде осадка, формируя конусы высотой в десятки метров. При наблюдении за этими источниками из глубоководных аппаратов конусы воспринимаются как маленькие вулканы с черным или белым «дымом» над ними, поэтому их называют белыми или черными «курильщиками». Вода, выбрасываемая из «курильщиков», возмещает ту, которая уходит в недра Земли.

 

ГЛОБАЛЬНЫЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ не замкнут, так как через рифтовые трещины идет дополнительный приток воды из недр планеты, увеличивающей объем гидросферы ежегодно на 0,25 км³. А часть паров воды, попадая в верхние слои атмосферы под действием солнечного излучения, разлагается на водород и кислород и уходит в космос.

За счет круговорота идет непрерывный водообмен в реках, озерах, морях, т. е. непрерывное обновление воды. Так, в Мировом океане вода полностью сменяется за счет испарения за 2400 лет, а речной сток требует 31 тыс. лет. В полярных ледниках, которые питаются атмосферной влагой, а сами, подобно рекам, стекают в океан, выбрасывая в него айсберги, смена льда происходит примерно за 10 тыс. лет. В подземных же водах это происходит в среднем за 5 тыс. лет, а в реках — всего за 12 дней. Таким образом, круговорот обеспечивает доставку воды буквально во все уголки земного шара. В результате вода пронизывает все, поддерживая на Земле жизнь.

 

 

Для получения пресной воды человек использует реки (главный источник), озера и подземные воды. Вода в реке все время возобновляется за счет осадков или талых вод, и общий сток рек более чем в 20 раз превышает запас воды в руслах в каждый данный момент. Можно сказать, что, несмотря на огромные объемы воды на поверхности нашей планеты и в ее недрах, пресная вода составляет лишь незначительную часть, а легко доступная для человека пресная вода — совсем ничтожна по сравнению с общим ее объемом.

 

 

РЕКИ - ЭТО ВОДНЫЕ ПОТОКИ, основной составляющей которых, как правило, служит стекающая с поверхности дождевая и талая вода, несущая свои потоки в разработанных руслах. Реки различаются по длине, количеству протекающей воды, скоростям течения, глубине и т. д. Они обеспечивают связь между сушей и океаном в глобальном круговороте воды, служат основным источником пресной воды для человека. Большинство городов мира располагаются по берегам рек. Они, как артерии, пронизывают всю сушу. Это гигантская транспортная система, которая несет обломки горных пород, частицы почвы, растворенные вещества, живые организмы. Все перечисленное в конце концов попадает в Мировой океан. Именно поэтому Леонардо да Винчи назвал воду «возницей природы».

 

 

СВОЕ НАЧАЛО РЕКИ обычно берут от едва заметных родников, в болотах или озерах, ледниках в горах. Начинается река с небольшого ручейка, к которому затем присоединяются другие ручейки. Постепенно этот поток становится полноводной, а нередко и могучей рекой. Из крупных озер обычно вытекают большие реки, как, например, Нева из Ладожского озера. Большинство рек пополняют свои запасы воды благодаря дождям и таянию снегов, а в горах — за счет таяния ледников. Дождевая и талая вода, стекая по склону, образует небольшие струйки, которые соединяются в ручейки, бегущие к руслам рек. Участок поверхности, с которого вода собирается в струйки, ручейки и реки, называется водосбором, или водосборным бассейном. У струйки водосбор совсем маленький и измеряется квадратными метрами, у ручейка — гектарами, а у реки — квадратными километрами. Граница, разделяющая водосборы, называется водоразделом. В горах водораздел хорошо выражен и проходит по гребням гор, а на равнинах — по гребням возвышенностей, хотя нередко положение водораздела установить трудно.

 

 

СКОЛЬКО РЕК НА ЗЕМЛЕ, никто не знает. Все зависит от того, что считать рекой. Так, на территории России имеется более 130 тыс. рек длиной от 10 км и больше, но если считать и реки длиной менее 10 км, то их уже будет более 2 млн, а общая протяженность рек приближается к 7 - 8 млн км. Крупных рек, впадающих в океан, длиной более 1000 км — на Земле более полусотни, их общая длина составляет 180 тыс. км, а воду они собирают с половины площади суши.

 

 

 

ЗА БОЛЬШИМИ И СРЕДНИМИ РЕКАМИ в разных пунктах ведутся постоянные наблюдения, так как реки очень изменчивы. Уровень и расход воды в них зависят от погоды: количества дождей и таяния снежного покрова. Для защиты от паводков и наводнений необходимо изучать поведение рек. В мире для этого создана огромная сеть станций, которые ведут непрерывные наблюдения за изменениями уровня воды, ее расходами, качеством, температурой, ледовыми явлениями. Таких станций сейчас 60 тыс. Кроме того, на водосборах установлено 150 тыс. измерителей атмосферных осадков и 10 тыс. станций для измерения испарения.

Информация со всех станций поступает в центры обработки, где с помощью компьютеров получают данные, характеризующие поведение реки, и публикуют их в специальных «Гидрологических ежегодниках», а уже на этой основе создают «гидрологический кадастр», т. е. полную сводку данных о реках за все время наблюдений.

Существующая огромная сеть гидрологических станций охватывает менее 1% всех рек мира длиной от 10 км. На основе собираемой информации ученые-гидрологи разработали надежные методы для определения поведения неизученных рек. Это позволило определить сток всех рек мира, который составляет почти 42 тыс. км³ в год. Если к этому добавить еще ежегодный сток льда с ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии (3 тыс. км³) и подземный сток (2,2 тыс. км³) в океан, то всего с суши в океан ежегодно поступает 46 тыс. км³ воды. Но 1 тыс. км3 стока рек не достигает Мирового океана, поскольку уходит в озера и теряется в песках, в так называемых бессточных областях, существующих на всех континентах, примером чему служит бассейн Каспийского моря, включающий Волгу.

Вместе с водой реки несут в океан растворенные вещества, которых в литре содержится в среднем около 90 мг. За год реки выносят 3570 млн т растворенных веществ. Речная вода содержит также твердые частицы веществ — наносы. Они могут перемещаться в взвешенном в воде состоянии (взвешенные наносы) и перекатываться и «прыгать» вдоль дна (донные, или влекомые, наносы). Их общая масса составляет 17 млрд т в год.

Растворенные вещества и наносы — результат деятельности воды, которая размывает почву и горные породы, из-за чего уровень суши понижается. Этот процесс называют эрозией. За 1000 лет вода растворяет и смывает слой толщиной около 5 см. Следовательно, при средней высоте современной суши над уровнем моря 700 м потребовалось бы всего 14 млн лет, чтобы ее смыть в океан. Но этого не происходит, потому что суша постоянно нарастает. Река переоткладывает наносы в руслах, устьях, озерах и морях в виде донных осадков разнообразной формы. Таким образом, реки оказываются разрушителями и скульпторами, обрабатывающими поверхность суши, рельеф которой формируется при обязательном участии воды.

 

 

С РЕКАМИ МИРА за вторую половину XX в. произошли грандиозные изменения, связанные с деятельностью человека. На них построено огромное число больших и малых водохранилищ. Только крупных водохранилищ с объемом воды 100 млн м³ построено 2442, из которых более половины находятся в России. На заселенных человеком территориях не осталось рек, не затронутых в той или иной степени хозяйственной деятельностью человека. Подавляющее число рек сейчас загрязнено. Это ведет к качественному истощению водных ресурсов. В странах с засушливым климатом вода становится огромной ценностью, за обладание которой иногда ведутся военные действия, так как вода остается самым ценным и самым потребляемым в мире ресурсом.

 

 

РЕКИ ОБЕСПЕЧИВАЮТ и поддерживают жизнь людей, именно поэтому человек заселяет их берега. Но они же приносят беды и опасности. Мы уже знаем, что поведение реки зависит от источника питания — дождевых осадков, таяния снега или ледника. Чем больше выпадет осадков, чем интенсивнее тает снежный покров или ледник, тем больше воды прибывает, тем выше поднимается ее уровень, и она в результате выходит из берегов. Одна из главных задач наблюдательных станций, существующих на реках, — получение данных для предсказаний паводков — быстрых подъемов воды, связанных с сильными дождями и ливнями, и половодий — подъемов воды, вызванных снеготаянием. В тропиках и субтропиках, где нет снежного покрова или он незначителен, преобладают паводки, а в умеренной континентальной, с длительным накоплением снега зоне, в том числе в России, — весенние половодья. Паводки и половодья сопровождаются наводнениями, когда затапливаются широкие полосы земли вдоль русел рек и находящиеся на них города, селения, дороги, сельскохозяйственные поля. Раз в 20 - 30 лет происходят сильные разливы, а раз в 50 - 100 лет — катастрофические наводнения. Такое наводнение произошло в Центральной и Восточной Европе летом 1997 г. в результате необычайно сильных и продолжительных дождей.

 

 

НАВОДНЕНИЯ угрожают 3/4 земной поверхности, и катастрофические наводнения в тех или иных уголках земного шара наблюдаются ежегодно. В России и Соединенных Штатах Америки сильные разливы примерно за 20 лет проходят по всей территории и при этом в той или иной мере затрагивают десятки тысяч жителей и множество городов и поселков. Иногда обычные, сезонные половодья и паводки могут превращаться в катастрофические наводнения, если, например, во время ледохода, который начинается в начале паводка, на суженном участке реки образуется затор льда — ледяная плотина. Такое происшествие случилось на реке Лене весной 1998 г., а закончилось катастрофическим наводнением. В других случаях в реках, впадающих в море, сильные штормовые ветры могут гнать воду в устье реки, уровень воды поднимается, и начинается наводнение. Подобные наводнения характерны для Невы.

Не менее опасны и засухи, когда реки мелеют, а некоторые даже пересыхают. В этих случаях гидроэлектростанции снижают выработку энергии, сокращается подача воды в города. Это неоднократно происходило в Нью-Йорке, Пекине, а в 1995 - 1996 гг. в подобной ситуации могла оказаться Москва. Но самая большая опасность угрожает странам с преимущественно орошаемым земледелием, например Китаю, где сильное и продолжительное снижение стока рек в периоды засух грозит голодом десяткам и сотням тысяч людей. Поэтому человек всегда должен держать руку на «пульсе» рек.

 

 

 

Озера — важное звено в континентальном круговороте воды. Их отличает замедленный водообмен, так как полная смена воды в озерах происходит медленно. В жизни человека озера играют важную роль как источник водоснабжения, продовольствия, полезных ископаемых, а также как места отдыха.

 

 

ОЗЕРО - ЭТО ЕСТЕСТВЕННОЕ постоянное или временное скопление воды на суше в углублении ее поверхности. Озера различаются по размерам, происхождению, солености, возрасту и степени старения.

Некоторые озера из-за больших размеров и соленой воды Даже называют морями, например Каспийское и Аральское в Центральной Азии, Мертвое море на Ближнем Востоке. В то же время в степной зоне России в понижениях, называемых блюдцами, весной образуются временные маленькие озерца, а на засушливом юго-западе Соединенных Штатов встречаются крошечные водоемы, прозванные дырявыми котелками.

По глубине озера также очень отличаются. Глубочайшие из них — Байкал — 1620 м, Танганьика — 1470 м и Каспийское море — 1025 м, а самые мелкие — степные блюдца, где глубина не превышает нескольких сантиметров. По такому блюдцу можно спокойно гулять.

 

ОЗЕРНЫЕ ПОНИЖЕНИЯ и котловины возникают в результате движений земной коры, извержений вулканов, обвалов и оседаний грунта, протаивания подземных озер, размывов рек. А потому озера появляются постоянно. Так, после паводка извилистая река часто спрямляет свое течение, пробивая новое русло. А участок старого русла в виде серповидной излучины превращается в озеро-старицу.

В 1911 г. грандиозный обвал, вызванный сильным землетрясением, перегородил долину реки Мургаб на Памире, в результате чего образовалось Сарезское озеро глубиной до 500 м и объемом воды 16 км³.

 

 

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ВОДЫ в озерах и, следовательно, ее уровня определяется притоком и оттоком. Поступление воды происходит за счет атмосферных осадков, выпадающих на поверхность, и стекания их с водосбора озера, а также за счет подземных источников. Отток воды связан с испарением с поверхности озера, фильтрацией через дно и стоком через вытекающую реку. Если поступление воды превышает отток, то объем озера увеличивается, а уровень его повышается. Когда же потери воды больше притока, то озеро мелеет. В районах, где много атмосферных осадков, воды в озера поступает больше, чем теряется при испарении и фильтрации. Поэтому они дают начало рекам, по которым сбрасывается избыток воды. Такие озера называют проточными.

В засушливых районах (с сильным испарением) воды для образования реки недостаточно, поэтому озера там не имеют стока или он может быть временным. Такие озера называют бессточными, а если они пересыхают в отсутствие притока воды — эфемерными. Подобные озера характерны для Северного Казахстана, где некоторые виды рыб (карась, линь) зарываются в донный ил на глубину до 1,5 м при пересыхании водоема. В пересохшем озере рыба в состоянии спячки может находиться 2 - 3 года, пока после многоснежной зимы или дождливой весны снова не возникнет озеро. В результате круговорота вода в озере все время обновляется. Время обновления зависит от объема и интенсивности обмена воды. Небольшие проточные озера могут обновляться за несколько недель, а, например, период обновления вод Байкала — 380 лет.

Если реки — это в основном системы, переносящие растворимые вещества и наносы, то озера служат накопителями веществ, приносимых с водой, причем количество растворенного вещества сильно меняется в зависимости от проточности. Озера делятся на пресные (всегда проточные озера), солоноватые (обычно на какое-то время они становятся проточными) с содержанием солей от 1 до 25 г/ли минеральные с содержанием солей более 25 г/л (как правило, бессточные озера). Минеральные озера распространены в основном в засушливых регионах мира, но больше всего их в Азии. В некоторых минеральных озерах содержание солей может достигать 300 - 350 г/л. Это насыщенный раствор, в котором происходит кристаллизация солей и выпадение их в осадки. Их называют соляными.

 

 

БЛАГОДАРЯ ВЕТРУ, изменению плотности воды, температуры, а также воздействию впадающих и вытекающих рек вода в озерах все время находится в движении. В некоторых озерах она перемешивается до дна, а в других — только в верхних слоях. Тогда в нижнем, неперемешиваемом, слое температура постоянная и большая концентрация растворенных веществ, чем в верхнем слое. Иногда в такой зоне застоя в связи с отсутствием кислорода и разложением органических веществ скапливается сероводород. Такое явление наблюдается на озере Гекгель в Азербайджане и Беловодь во Владимирской области в России.

 

 

ОЗЕРА имеют возраст, они рождаются и умирают. Так, например, Великие европейские озера на северо-западе России — Чудско-Псковское, Ладожское и Онежское — появились примерно 10 тыс. лет назад, когда с этой территории ушел ледник и его талая вода заполнила выпаханные им котловины. А история озера Байкал насчитывает уже 20 - 25 млн лет. И оно еще продолжает формироваться. После землетрясения 1862 г. на его восточном берегу образовался большой залив площадью 200 км², а землетрясение 1959 г. увеличило его глубину в этом месте на 15 м.

Каждое озеро в зависимости от окружающих условий представляет собой развивающуюся природную систему. Оно как человек — у него своя юность, зрелость, старость и гибель. Небольшие мелкие озера проходят эти стадии быстрее. Причина старения — накопление в озерах наносов — твердых частиц, сносимых с поверхности водосборов и поступающих с атмосферными осадками, а также органических частиц — остатков развивающихся и умирающих в озерах живых организмов. На дно озера непрерывно падают миллионы таких частиц. Они-то и формируют тонкие слои отложений. Сильное заполнение озера наносами свидетельствует о его старении. Примером такого стареющего озера может служить озеро Неро на юге Ярославской области в России, на берегу которого расположен город Ростов. Его площадь 51,76 км², глубина — менее 4 м, а толщина отложившихся наносов в котловине озера более 100 м. Сейчас Неро -- это зарастающий у берегов водоем с гниющим илом на дне. Со временем оно превратится в болото — конечную стадию развития многих озер умеренной зоны.

В засушливых районах на месте непересыхающих бессточных и минеральных озер при их постепенном заполнении наносами и солями образуются солончаки или плоские глинистые поверхности, называемые в Центральной Азии такырами.

Бывают случаи, когда река, вытекающая из озера, постепенно размывая и углубляя свое русло, начинает сбрасывать все больше воды из озера, пока все озеро не уйдет. И на его месте образуется плоская равнина. В случаях, когда озеро подпружено обвалами, при катастрофических паводках на реке, втекающей в озеро, оно может переполниться. Вода прорывает рыхлую плотину и скатывается вниз по долине, неся смерть и разрушение.

 

 

ИСКУССТВЕННЫЕ ОЗЕРА создает человек, сооружая на реках водохранилища и вырывая пруды. Сколько в мире прудов и водохранилищ, никто не знает. В России, по данным Каталога водохранилищ СССР, существует 2220 прудов и водохранилищ объемом от 1 млн м³ и выше. Их суммарная емкость — почти 800 км³, т. е. 1/6 среднего годового стока рек России. Из этого объема 87% приходится на 41 крупное водохранилище объемом более 1 км³.
 

 

Ледники — это огромные массы льда, образованные и существующие за счет накопления и преобразования в лед выпадающего снега и движущиеся под действием силы тяжести. В горах ледники принимают форму потоков: ведь лед, похожий на вязкую жидкость, течет.

 

 

ЛЕДНИКИ АКТИВНО УЧАСТВУЮТ в круговороте воды. Они сбрасывают получаемую из атмосферы воду в реки или прямо в океан. Время существования ледников на Земле называют ледниковыми периодами. Человек возник и существует именно в такой ледниковый период.

Льды можно встретить везде, где есть вода: ледяные кристаллы в атмосфере, ледяной покров на реках, озерах и морях, снежный покров на суше, подземные льды в недрах планеты. Они обычны для средних и высоких широт. Чем продолжительнее там периоды с отрицательной температурой воздуха, тем лучше сохраняются ледяные образования.

 

 

ПРИ ПОДЪЕМЕ В ГОРЫ на каждые 100 м температура, воздуха понижается на 0,6 - 1°С. Поэтому если у подножия горы температура воздуха +18°С, то уже на высоте 3000 м она равна 0°С или даже отрицательная. И там лежат снег и лед. При движении от экватора к полюсам наблюдается то же самое: чем ближе к полюсу, тем холоднее.

Ледники образуются на Земле при длительных похолоданиях, когда большие скопления снега (снежник) не успевают растаять за летний период. Постепенно снег уплотняется, кристаллизуется и в результате превращается в лед.

Вначале маленький ледничок в горах заполняет углубление, потом он становится таким большим, что лед начинает очень медленно ползти по склону, и у ледника вырастает что-то вроде языка. Он спускается вниз по долине, где летом теплее. И там постепенно тает. У конца ледникового языка весь скопившийся лед полностью тает и превращается в поток воды — исток ледниковой реки.

Верхнюю часть ледника называют областью питания, или аккумуляции, а нижнюю, где он тает быстрее, чем накапливается, — областью расхода, или абляции (отнятие). Между данными областями лежит узкая полоса, где величина ежегодного накопления снега равняется величине его стаивания. Такую полосу называют границей питания или равновесия. Летом она хорошо видна. Ниже этой полосы лежит ледяной язык без снега, а выше — под снегом. Понятно, что если граница из года в год поднимается по поверхности ледника все выше и выше, то это означает потепление. И тогда ледник становится тоньше, меньше притекает льда к языку ледника, и он отступает. Если граница питания сдвигается вниз, то ледник становится толще, и его язык начинает наступать. Таким образом, горные ледники не только чутко отзываются на изменения климата, но и служат их индикаторами. Поэтому ученые-гляциологи, изучающие ледники, уже давно наблюдают за колебаниями ледников в разных горных районах земного шара. Результаты проводимых наблюдений регулярно публикуются.

Горные ледники бывают самых разных размеров — от одного километра и менее до 203 км. Таков самый крупный горный ледник Беринга на Аляске. Большие ледники похожи на реки и имеют свои притоки. Скорость движения ледников — несколько десятков сантиметров в год. Поэтому изменения, накопления и стаивания снега, которые происходят в верхней части языка в зоне аккумуляции, не сразу доходят до его конца — обычно через многие годы.

 

 

ЛЕДНИКИ В ПОЛЯРНЫХ ШИРОТАХ образуются так же, как и горные, т. е. начинаются со снежников. Но, разрастаясь, они заполняют все неровности земной поверхности, образуя купол, и при достижении определенной толщины начинают растекаться, как подошедшее тесто. Такие ледники называются покровными.

Как и у горных ледников, у них есть область питания и область расхода. У горных ледников лед расходуется обычно на талые воды, у покровных — на айсберги, которые с пушечным грохотом рушатся в океан, поднимая брызги и вызывая волны. А тают айсберги уже в океане, путешествуя вместе с течениями и ветрами. На островах Северного Ледовитого океана и у берегов Антарктиды есть ледяные купола. Они покрывают острова Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли, Шпицберген и Канадского арктического архипелага и ведут себя так же, как и антарктический и гренландский ледниковые покровы. Ледники занимают 16,1 млн км2 суши, из этой площади на ледниковые покровы приходится 14,4 млн км² (85,3% — на Антарктиду, 12,1% — на Гренландию и 2,6% — на ледниковые купола), а на горные ледники — 1,7 млн км². Таким образом, ледники на поверхности Земли по площади и объему воды занимают второе место после Мирового океана, а по содержанию пресной воды с ними не могут сравниться ни реки, ни озера, ни подземные воды, вместе взятые, Между ледниками и остальной гидросферой идет непрерывный водообмен, за счет которого лед все время обновляется.

 

 

АНТАРКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИК появился на карте последним — спустя 300 лет после открытия Америки и 200 — после Австралии. Честь первооткрывателей принадлежит русским морякам, которые на парусных кораблях «Мирный» и «Восток» под командованием М. П. Лазарева и Ф. Р. Беллинсгаузена в 1820 г. подошли к берегам Антарктиды. До этого считалось, что вокруг Южного полюса расположен большой материк, но никто не предполагал, что он покрыт льдом. Это самый большой ледниковый покров на Земле, его площадь 13,98 млн км², т. е. в 1,5 раза больше площади Австралии, средняя толщина льда 2,2 км, а наибольшая — 4,7 км. Объем льда равен 26 млн км³. Ледник ежегодно получает в виде снега 2000 - 2200 км³ льда, и примерно столько же теряется на айсберги и на таяние.

Часть Антарктического ледника — шельфовые ледники, это льды, сползающие с материка в море. В Западной Антарктиде находятся два гигантских шельфовых ледника, частично накрывшие ледяной крышкой моря Росса и Уэдделла. Остальные шельфовые ледники гораздо меньше по размерам. Общая площадь всех шельфовых ледников — 1,5 млн км².

 

 

ОСОБЕННОСТЬ АНТАРКТИЧЕСКОГО ледникового покрова — существование на его ложе в центральной части обширной зоны таяния, где обнаружены подледные озера. Одно из озер расположено в самом суровом месте — Полюсе недоступности, в районе российской станции «Восток». Во льду Антарктиды образуются ледяные «реки» — потоки льда, которые движутся со значительно большей скоростью, чем окружающие их ледяные «берега». Если лед Антарктического ледника у его края движется со скоростью до 1 м в год, то ледяные потоки имеют скорость от 100 до 2000 м в год и больше. Причины возникновения этих потоков еще не ясны.

 

 

Такие ледяные потоки доставляют лед из материковой части Антарктиды к шельфовым ледникам. Крупнейшим ледяным потоком в Антарктиде является ледник Тейлора, дренирующий огромную территорию восточного антарктического ледникового покрова. Между дренажными бассейнами ледяных потоков существуют ледоразделы, аналогичные речным водоразделам. От них лед движется в разных направлениях. Огромная тяжесть льда вдавила этот материк в земную кору так, что ее значительная часть лежит ниже уровня моря и сейчас подледное ложе больше похоже на архипелаг, чем на материк. Но если лед растает, то на месте материка окажется архипелаг, состоящий из крупных и мелких островов.
 

 

Исследования геологов и географов доказали, что наша планета всегда находилась в одном из двух состояний — оледенелом или безледном. Следы ледниковых периодов существуют на всех континентах. Они позволили воссоздать картину прошлых оледенений.

 

 

ЗА ВРЕМЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ планеты, насчитывающей более 4 млрд лет, Земля испытала несколько периодов оледенения. Древнейшее Гуронское оледенение имеет возраст 4,1 - 2,5 млрд лет, Гнейсесское — 900 - 950 млн лет. Далее ледниковые периоды повторялись довольно регулярно: Стертское — 810 - 710, Варангское — 680 - 570, Ордовикское — 410 - 450 млн лет назад. Предпоследний ледниковый период на Земле был 340 - 240 млн лет назад и назывался Гондванским. Сейчас на Земле очередной ледниковый период, называемый Кайнозойским, который начался 30 - 40 млн лет назад с появления антарктического ледникового покрова. Человек появился и живет в ледниковом периоде. В последние несколько миллионов лет оледенение Земли то разрастается, и тогда значительные территории в Европе, Северной Америке и частично в Азии оказываются заняты покровными ледниками, то сокращается до тех размеров, которые существуют сегодня. Для последнего миллиона лет выявлено 9 таких циклов. Обычно период разрастания и существования ледниковых покровов в Северном полушарии примерно в 10 раз продолжительнее, чем период разрушения и отступания. Периоды отступания ледников называют межледниковьем. Сейчас мы живем в период очередного межледниковья, которое называется голоцен.

 

 

ПРИЧИНЫ ОЛЕДЕНЕНИЯ ЗЕМЛИ до конца еще не ясны. Их объясняют или космическими, или чисто земными причинами. Непрерывное изменение лика планеты могло произойти в результате раскола и слияния материков. В таком случае в процессе движения материки оказывались на полюсах Земли, и тогда возникало оледенение.

Почему же в ледниковые периоды наблюдаются периодические изменения площади ледников? Одна из существующих гипотез связана с положением нашей планеты по отношению к Солнцу на орбите, наклоном земной оси и ее колебанием. Все это приводит к периодическим сокращениям количества солнечного тепла на Земле. Возникновение оледенений и их колебаний свидетельствует о неустойчивости климата, попытках Земли стать то холодной планетой типа Марса (в таком случае средняя годовая температура у поверхности должна упасть ниже 5°С), то горячей — типа Венеры (тогда температура у поверхности должна подняться до точки кипения воды). Процесс по «горячему» сценарию развивался на Земле 3 млрд лет назад, когда у ее поверхности температура поднялась до +90°С ... +100°С, но океан не закипел из-за более высокой плотности атмосферы, чем сейчас.

Во времена ледниковых периодов и при изменении площади ледников происходит перестройка гидросферы Земли. Вода перераспределяется между океаном, сушей и ледниками. Это сопровождается перемещением воды из океана на сушу, перестройкой гидросферы суши, изменениями площади суши и океана, колебаниями уровня океана на сотни метров.

 

 

ПОСЛЕДНЕЕ НАСТУПАНИЕ ЛЕДНИКОВ началось более 100 тыс. лет назад и завершилось совсем недавно — всего 10 тыс. лет назад. На европейской части России ледниковый покров в период наибольшего развития занимал территорию южнее Москвы, а в Восточной и Центральной Европе приближался к 50° с. ш. В Северной Америке он продвинулся еще дальше на юг и перекрыл весь район Великих озер. Своего максимума последнее наступание ледников достигло 12 - 15 тыс. лет назад. Площадь, которую занимал ледниковый покров Северного полушария, была огромной, но она точно не установлена: гляциологи продолжают исследование ее границ.

 

 

Подземные воды залегают в толще земной коры. Они могут там находиться в разных физических состояниях. В недрах Земли воды накапливаются и передвигаются по пустотам, порам или трещинам. Водонепроницаемые породы формируют подземные водоносные системы, пронизывающие всю земную кору.

 

 

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ разнообразны по происхождению и составу растворенных в них солей, на них влияют давление толщ земли и глубинные изменения температуры. Они не только источник чистой пресной воды, но и важное полезное ископаемое, содержащее в растворенном виде много необходимых для хозяйственной деятельности веществ. Горячие подземные воды можно также использовать как источник энергии, а минеральные воды — как пищевой и лечебный продукт.

Ученым еще только предстоит исследовать подземные воды, которые залегают в глубинах земли. Самая глубокая скважина, пробуренная на Кольском полуострове в России в научных целях, пока достигла глубины немногим более 12 км. Это свидетельствует, что вода есть и на больших глубинах.

 

 

ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОСФЕРА включена в круговорот воды. Она обменивается водой поверхностными водоемами (реками, озерами, болотами, океаном) и атмосферой, из которой поступают осадки, а часть воды в виде пара возвращается из недр земли. По интенсивности этого водообмена выделяется три зоны подземных вод.

Самая верхняя — это зона активного водообмена.

Она простирается на 300 - 500 м от поверхности земли. Здесь подземные воды тесно связаны с поверхностными, а время водообмена (обновления воды) — годы и десятилетия. На глубинах от 500 м до 2 км располагается зона замедленного водообмена, который осуществляется за десятки и сотни тысяч лет. Зона пассивного водообмена, время которого исчисляется миллионами лет, находится на глубине более 2 км.

Этажами располагаются и подземные воды разной степени солености (минерализации). В зоне активного водообмена преобладают пресные воды с содержанием солей до 1 г/л. В зоне замедленного водообмена — солоноватые воды с содержанием солей от 1 до 35 г/л. В зоне пассивного водообмена в основном залегают воды с содержанием растворенных солей более 35 г/л, по составу близкие к морской воде. Здесь же встречаются и перенасыщенные солями подземные воды, о происхождении которых ученые спорят до сих пор. Хорошо известно, что с глубиной температура в земной коре повышается, поэтому возрастают и температура подземных вод, и количество пара в порах и пустотах, не занятых водой. На глубине в несколько километров температура воды может достигнуть 100°С и выше, поэтому там возникает пароводяная смесь. На еще большей глубине пароводяная смесь нагревается до температуры 374°С для пресной воды и 450°С — для соленой при давлении около 218 атмосфер. При дальнейшем повышении температуры вода перестает быть водой, но и не становится паром, так как молекулы воды приобретают подвижность газа, а плотность вещества, которое можно назвать водяной плазмой, приближается к плотности воды. Такая «плазма» обладает способностью растворения в несколько раз большей, чем обычная вода. В районах вулканической деятельности пароводяная смесь нередко регулярно выбрасывается на поверхность в виде высоких фонтанов, называемых гейзерами.

 

 

В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ, которая занимает обширные пространства в России и Канаде, в верхнем слое активного водообмена часть подземных вод залегает в виде льда — отдельных ледяных вкраплений, жил и пластов. Их запасы оцениваются в 0,3 - 0,5 млн км3. Таким образом, подземные воды находятся в разных физических состояниях. Свободные поры и трещины горных пород, не занятые жидкой водой, заполняет водяной пар, в верхней толще земной коры в районах с суровым климатом вода находится в виде льда, и, наконец, на больших глубинах и при повышенном давлении она существует в состоянии «водяной плазмы». Еще в недрах находится так называемая физически связанная вода. Она взаимодействует с частицами породы, обволакивая их и удерживаясь силами притяжения. Чем меньше частицы, тем больше они удерживают воды. Наконец, в недрах планеты встречается обычная вода, которую исследователи подземных вод называют гравитационной, так как ее движением управляют силы тяжести. Она-то и образует основные скопления подземных вод и подземные водоносные системы.

 

 

ВЕРХНЯЯ ЧАСТЬ земной коры обычно представляет собой в основном рыхлую пористую среду толщиной от десятков сантиметров до десятков метров, состоящую из частиц горных пород разных размеров. Эту толщу называют корой выветривания. Она образована благодаря не только работе воды, ветра и колебаний температуры, разрушающих горные породы, но и деятельности живых организмов.

Дождевые и талые воды, а также воды из озер и рек, просачивающиеся через эту толщу, скапливаются, когда встречают на своем пути водонепроницаемый слой породы, называемый водоупором. Накопленная вода образует водоносный горизонт, или водоносный слой. Этот первый от поверхности земли слой называют грунтовыми водами. В проницаемой для воды и воздуха толще над ним могут встречаться небольшого размера водоупорные или слабопроницаемые прослойки, например глинистые. На них тоже может накапливаться вода — верховодки. Именно верховодки и грунтовые воды обеспечивают колодцы чистой водой.

 

 

Ниже грунтовых вод залегают чередующиеся пласты пористых водопроницаемых пород, заполненных водой, и водоупоров. Здесь все водоносные горизонты (слои) имеют кровлю из водонепроницаемых пород. Геологическая структура земной коры очень сложна, часто водоносные системы взаимосвязаны или пересекают друг друга, никаких строго горизонтальных слоев нет. Поэтому вода в водоносных слоях движется под воздействием силы тяжести или в зависимости от гидростатического давления. Русла рек, углубляясь в толщу горных пород, обычно прорезают водоносные горизонты, которые становятся одним из источников питания рек, обеспечивая примерно одну треть стока. Это известно многим, кто купался в реке и явственно чувствовал приток со дна более холодной грунтовой воды. Подземные воды стекают и в океан. Хорошо известны выходы подземных вод на дне Черного моря у побережья России и в прибрежных водах Греции, где среди соленой воды с морского дна поднимаются струи пресной. Прямой сток подземных вод в океан составляет 2,2 тыс. км³, а вместе с подземной составляющей речного стока в океан сбрасывается 16,2 тыс. км³ подземных вод. С учетом этих данных и запасов воды в активной зоне подземных вод — 23 млн км³ — водообмен в ней осуществляется за 1400 лет.

 

 

Подземные воды — это своеобразный химический реактор. В обогащенных растворенными веществами подземных водах, когда они оказываются в иных, чем прежде, условиях (меняются температура, давление, горная порода, происходит слияние с другими потоками воды), начинается выпадение из раствора веществ. Так под действием подземных вод образуются месторождения полезных ископаемых. Подземные воды формируют также пустоты в известняках — пещеры и подземные русла, а результатами таяния и замерзания становятся провалы или холмы. Таким образом подземные воды формируют горные породы и рельеф.

 

 

 

Воздушный океан — так образно называют атмосферу. Атмосфера (от греч. atmos — шар и sphaira — среда) — газовая оболочка, окружающая земной шар. Масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли.

 

ГАЗ, который образует атмосферу, называется воздухом. Как всякий газ, воздух занимает все свободное пространство, поэтому на поверхности земли нет места, где бы не было воздуха. У земли воздух удерживается силой тяжести. По мере увеличения высоты воздух становится все более разреженным. На высоте 100 км остается меньше одной миллионной (10^-6) доли общей массы атмосферы, однако полярные сияния, которые наблюдаются на высоте 1000 км, свидетельствуют о наличии там воздуха. Верхней границы у атмосферы нет, она постепенно переходит в космическое пространство.

 

 

ВОЗДУХ представляет собой смесь газов. При температурах, наблюдающихся на Земле, все составляющие воздуха находятся в газообразном состоянии и подчиняются закону идеальных газов.

В воздухе всегда присутствует водяной пар — газообразная фаза воды. При различных температурах и давлении водяной пар может находиться в атмосфере или в жидком состоянии (вода), или в твердом (лед). Поступает он в атмосферу главным образом с поверхности океанов и растительного покрова благодаря транспирации (от лат. trans — сквозь, через и spiro — дышу, выдыхаю). В атмосферном воздухе соотношение газов естественного происхождения, кроме водяного пара, постоянно. Это относится как к основным газам — азоту, кислороду и аргону, образующим 99,95% массы атмосферы, так и к малым газовым примесям — неону, гелию, метану, криптону, водороду и другим, содержание которых составляет десятитысячные, миллионные и миллиардные доли процента. Напротив, содержание диоксида углерода (СО₂ — углекислый газ) и озона (О₂) меняется в зависимости от сезона и места. Общая масса этих газов небольшая, но они оказывают влияние на тепловой режим атмосферы и земной поверхности. Диоксид углерода интенсивно потребляется на суше растениями, а в океанах водорослями, которые в процессе фотосинтеза преобразуют его в живое вещество, служащее питанием животному миру.

 

 

В ДОИНДУСТРИАЛЬНУЮ ЭПОХУ газовый состав атмосферы в течение многих сотен лет не менялся, но с началом индустриальной эпохи сжигание ископаемого топлива — угля, нефти, природного газа — привело к нарушению природного баланса и росту в атмосфере углекислого газа (частей на миллион): в 1890 г. - 295, в 1935 г. - 310, в 1962 г. - 320, в 1973 г. - 324, в 1991 г. - 330, в 1994 г. - 352, в 1996 г. - 363. В химическом отношении углекислый газ пассивен (время жизни молекулы СО₂ — около 4,5 года), поэтому он может длительно находиться в атмосфере и накапливаться. В атмосфере во взвешенном состоянии плавают мельчайшие твердые и жидкие частицы, называемые аэрозолями. Размер их составляет 0,001 - 5 мкм (микрометров). К образованию аэрозолей приводят такие естественные процессы, как ветровое волнение над океанами, разбрызгивающее пену, ветровая эрозия горных пород и поднимаемая при этом пыль, лесные и торфяные пожары, вулканические извержения.

Кроме естественных аэрозолей в атмосфере находится большое количество аэрозолей индустриального происхождения. Это дымы промышленных предприятий, вентиляционные выбросы различных производств (например, цементных заводов), транспорта и т. д.

Концентрация аэрозолей весьма неравномерна: во всей атмосфере в целом аэрозолей естественного происхождения содержится во много раз больше, чем техногенных, а в промышленных районах наоборот.

За исключением водяного пара и аэрозолей, газовый состав воздуха постоянен до высоты около 100 км. Постоянство состава обусловлено сильным перемешиванием воздуха как по вертикали, так и по горизонтали. По мере увеличения высоты преобладают более легкие газы. Кроме этого, под действием ультрафиолетовой солнечной радиации происходит расщепление молекул кислорода и малых газовых примесей на атомы. Начиная с высоты 800 км и выше преобладают водород и гелий. Некоторые молекулы и атомы благодаря столкновениям приобретают вторую космическую скорость и улетают в космическое пространство.

 

 

В соответствии с законом Б. Паскаля, в неподвижной атмосфере давление воздуха не зависит от ориентации поверхности, на которую оно действует, а определяется высотой поверхности. Высота отсчитывается от уровня моря. Под уровнем моря понимается средний уровень свободной поверхности воды в Мировом океане, определяемый за длительный период наблюдений.

Известный итальянский физик и математик Э. Торричелли (1608 - 1647), ученик Г. Галилея, изобрел ртутный барометр. С тех пор это основной прибор для измерения атмосферного давления. Он используется как эталонный и устанавливается на всех метеорологических станциях мировой системы наблюдений за погодой. В ртутном барометре вес столба ртути в запаянной сверху стеклянной трубке уравновешивается весом столба атмосферы от уровня барометра до верхней границы атмосферы. Таким образом, атмосферное давление есть вес вертикального столба воздуха, расположенного выше рассматриваемого уровня с основанием 1 м2. Давление измеряется в Паскалях (1 паскаль — это сила в 1 ньютон, приходящаяся на площадь 1 м²). На практике в качестве единицы давления удобнее использовать сотни паскалей, или гектопаскаль (гПа).

Продолжают широко использоваться такие внесистемные единицы давления, как дюймы, миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), а в некоторых книгах употребляются также миллибары (мб). Среднее атмосферное давление на уровне моря близко к 1013,3 гПа, или 760 мм рт. ст.

 

 

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВОЗДУХА относительно земной поверхности — это ветер. Характеристиками ветра являются скорость и направление, откуда он дует. Направление определяется в румбах или градусах геодезического азимута. Скорость ветра меняется от нулевой при полном штиле до ураганной во время смерчей. Она может достигать 130 м/с. Для измерения скорости и направления ветра используется прибор — анеморумбометр, в котором в качестве датчика скоростей применяется пропеллер, а датчиком направления служит флюгарка, поворачивающая прибор в точку, откуда дует ветер. Быстрота вращения пропеллера и поворот флюгарки определяют скорость (м/с) и направление ветра (сторона горизонта, откуда дует ветер). Температуру при метеорологических наблюдениях записывают в градусах по шкале Цельсия (t°С). При термодинамических расчетах используется абсолютная температурная шкала — шкала Кельвина (ТК). Шкалы Цельсия и Кельвина имеют различные положения начала отсчета, соответствующего нулю градусов. Переход от шкалы Цельсия к шкале Кельвина прост: ТК = 273,15 + +t°C.

При измерениях температуры необходимо, чтобы термометрическая жидкость приняла температуру измеряемого тела, в нашем случае — воздуха. Для этого термометры помещают в специальные метеорологические будки с жалюзийными вертикальными стенками, через которые воздух свободно проходит и омывает термометр. Вместе с тем термометр защищен от падения прямых солнечных лучей, и нагревание термометра исключается. Таким образом он принимает температуру воздуха.

 

 

Присутствие водяного пара делает воздух влажным. Водяной пар, как и любой газ, обладает собственным давлением, которое вместе с давлением сухого воздуха составляет атмосферное. Парциальное давление водяного пара (собственное давление пара) характеризует влажность воздуха и измеряется в тех же единицах, что и атмосферное (гПа). Максимальное давление водяного пара зависит от температуры и называется насыщающим. Если влага продолжает попадать в атмосферу, а давление водяного пара равно насыщающему, происходит конденсация или сублимация водяного пара, и образуются капельки воды или кристаллы льда. Отношение фактического парциального давления к насыщающему при данной температуре называется относительной влажностью и выражается в процентах. Относительная влажность меняется от нуля для сухого воздуха до 100% при насыщенном водяном паре.

Измерения относительной влажности воздуха производят гигрометром — прибором, в котором используется обезжиренный человеческий волос, имеющий свойство изменять длину в зависимости от влажности: удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом. Наиболее влажный воздух наблюдается в приземном слое в экваториальном поясе. При удалении от земной поверхности влажность воздуха в безоблачной атмосфере стремительно уменьшается. Так, в слое атмосферы на высоте от 0 до 2 км содержится около 55% всего количества водяного пара, а в слое на высоте от 0 до 5 км — 90%. В стратосфере количество водяного пара составляет десятые или даже сотые доли процента от всего содержания влаги в атмосфере.

 

 

ОБЛАКА — это скопление мельчайших капелек воды или кристалликов льда, плавающих в воздухе и видимых человеческим глазом. Капли и кристаллы настолько малы, что их вес почти уравновешивается трением о воздух, Когда такие скопления образуются у поверхности земли, они называются туманом. Скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким миллиметрам в секунду, а скорость падения кристаллов еще меньше. Существующие в атмосфере вертикальные движения воздуха препятствуют выпадению капелек и кристалликов из облаков, и они длительное время плавают в воздухе, увлекаясь воздушными потоками и смещаясь то вверх, то вниз. При определенных условиях капли и кристаллы начинают расти и становятся настолько тяжелыми, что уже не удерживаются в облаке и выпадают в виде осадков. В других случаях, когда относительная влажность воздуха становится меньше 100%, капли и кристаллы испаряются и облака рассеиваются.

 

 

ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОБЛАКОВ нужно, чтобы пар, содержащийся в воздухе, достиг насыщения. При подъеме пар охлаждается, конденсируется и образуются мельчайшие капельки воды и кристаллы. Это и есть облака. Если облака состоят только из капель воды и пара, то их называют водяными, если из пара и кристаллов льда — кристаллическими. А смешанные облака включают и водяной пар, и капли воды, и кристаллы. Все облака, за небольшим исключением, образуются на разных высотах в тропосфере и принимают различные формы, которые отражают характер воздушных течений, несущих эти облака. Такова облачность, которую мы наблюдаем с Земли в пределах видимого горизонта, т. е. в пределах радиусом примерно 5 км. С запуском искусственных спутников Земли появилось новое средство слежения за облачностью. Телевизионные и инфракрасные снимки облаков, получаемые с искусственных спутников Земли, позволяют наблюдать облачные системы, их развитие, перемещение, непрерывные изменения на огромных пространствах. Самое замечательное, что облачные системы фронтов, построенные синоптиками теоретически, на основе наблюдений с Земли за облаками, были блестяще подтверждены, когда стало возможно наблюдать эти системы со спутников. Кроме того, спутниковые изображения открыли многие новые облачные скопления размером от 20 до 200 км и подтвердили правильность классификации облаков, созданной по наблюдениям с Земли.

Облака делают видимыми движения воздуха и процессы, происходящие в воздушных потоках. По этой причине в метеорологии уделяется большое внимание формам облаков и их классификации. Для того чтобы наблюдатели во всем мире на метеорологических станциях одинаковым образом определяли формы облаков, созданы Международная классификация облаков и Атлас облаков, принятые Всемирной метеорологической организацией.

Прежде всего облака разделяют по высотным слоям, так называемым ярусам, а затем по их строению и форме. В наиболее высоком и самом холодном верхнем ярусе от 6 до 13 км (в полярных широтах — от 3 до 8 км; в тропических — от 6 до 18 км) образуются кристаллические облака: перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые.

 

 

Перистые облака похожи на отдельные нити, коготки, занятые. Перисто-кучевые облака напоминают мелкие шарики и барашки, а перисто-слоистые представляют собой тонкую белую пелену, застилающую все небо или часть его. Перистые облака полупрозрачны и мало затеняют солнечный свет.

В среднем ярусе (от 2 до 7 км — в умеренных широтах; от 2 до 4 км — в полярных и от 2 до 8 км — в тропических широтах) существуют только две формы облаков — высокослоистые и высококучевые. Высокослоистые облака представляют собой молочно-серый облачный покров, застилающий весь небосвод или часть его. Через менее плотные его участки могут просвечивать Солнце и Луна, но только в виде размытых пятен. Через более плотные, обычно серые участки, Солнце и Луна не просвечивают. Эти облака смешанные.

Высококучевые же облака выглядят как система облачных гряд, состоящих из овалов в основном белого цвета, но с серыми основаниями. Они затеняют Солнце, но их толщина невелика. По краям овалов иногда наблюдается радужная окраска. Высококучевые облака всегда водяные.

 

 

 

В нижнем ярусе (на всех широтах — до 2 км от земли) различают три формы облаков: слоисто-дождевые, слоисто-кучевые и слоистые.

Слоисто-дождевые — это плотные свинцовые или темно-серые облака, из которых обязательно выпадают осадки: идет или обложной дождь, или обложной снег. Солнце и Луна сквозь них не просвечивают. Слоисто-дождевые — это смешанные облака.

Слоисто-кучевые облака представляют собой длинные гряды облаков, состоящих из мощных светло-серых овалов с серыми основаниями, между которыми либо просвечивает небо, либо тонкая белая облачность, связующая валы. Слоистые облака — это однородный серый слой плотных облаков, из которых ни дождь, ни снег не выпадают. Иногда может идти морось. И слоистые, и слоисто-кучевые облака — водяные.

 

 

ОСАДКИ — это дождь, морось, снег, снежная и ледяная крупа, град, выпадающие из облаков на земную поверхность. Измеряются осадки в миллиметрах слоя воды, выпавшей на поверхность. Когда говорят, что выпало 10 мм осадков, это значит, что слой воды, покрывший земную поверхность, имел бы толщину 10 мм, если бы вода не стекала, не испарялась и не просачивалась в почву. Нетрудно догадаться, что 10 мм осадков — это 10 кг воды, выпавшей на 1 м². Осадки измеряются простыми приборами — дождемерами. Дождемер — это цилиндрическое ведро, в котором накапливаются осадки в течение 6 или 12 ч. К ведру прилагается дождемерный стакан, который позволяет измерять выпавшие осадки в миллиметрах слоя воды на квадратный метр. В случае твердых осадков (снег, град) их предварительно превращают в воду (растапливают). Кроме того, толщину слоя выпавшего снега определяют с помощью снегомерной рейки.

 

 

В умеренных широтах осадки идут только из смешанных облаков. Это происходит потому, что в смешанных облаках, где соседствуют водяной пар, капли воды и кристаллики льда, создаются условия для роста кристалликов. Известно, что давление насыщенного водяного пара над водой больше, чем надо льдом, поэтому в смешанном облаке насыщенный для капелек воды водяной пар оказывается перенасыщенным для ледяных кристалликов, вследствие чего водяной пар конденсируется на кристалликах. При этом водяной пар становится ненасыщенным по отношению к каплям воды, и они начинают испаряться. В смешанном облаке происходит перегонка водяного пара с капель на кристаллы льда. После того как капли и кристаллы льда вырастают до 20 - 60 мкм, основную роль в их укрупнении начинает играть процесс слияния (коагуляции) облачных элементов, которому способствуют как столкновения, так и хаотическое (турбулентное) и броуновское движения, всегда существующие в облаке. При быстром подъеме воздуха резко понижается температура, создается большое перенасыщение водяного пара не только над кристаллами льда, но и над каплями, которые также могут расти. Затем капли и кристаллы, поднятые на большую высоту восходящим потоком, падая, проходят большую толщу облака. В результате слияния и примораживания кристаллами переохлажденных водяных капель облачные элементы вырастают до таких больших размеров, что они уже не способны удерживаться в облаке и выпадают на землю. Таким образом, если температура в слое под облаком ниже нуля, то идет снег, а если выше нуля — дождь.

 

 

 

Атмосфера разделяется на слои по характеру изменения температуры воздуха с высотой, по газовому составу, по особенностям движения воздушных масс и взаимодействию с земной поверхностью и внешним космическим излучением.

 

 

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗМЕНЕНИЯ температуры воздуха с высотой в атмосфере выделяются тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Тропосфера в средних широтах простирается от земной поверхности до высот 10 - 12 км, а в тропиках — до 15 - 16 км. В тропосфере температура воздуха понижается с высотой в среднем на 0,65- °С на 100 м. Выше тропосферы, на высотах 11 - 50 км, располагается стратосфера. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. Типичное значение температуры на уровне тропопаузы -56,6°С, а в тропиках эта температура равна -80,5°С зимой и -66,5°С летом. В нижнем слое стратосферы наблюдается замедленное падение температуры с вертикальным градиентом больше 0,2°С на 100 м, а в верхних слоях — рост температуры. На верхней границе стратосферы температура составляет около 0°С. Выше стратосферы располагается отделенная от нее стратопаузой мезосфера, которая начинается с высоты около 50 км и простирается до высот 80 - 95 км. В мезосфере температура с высотой падает в среднем на 0,35°С на 100 м. В переходном от мезосферы к термосфере слое — мезопаузе — температура меняется от -85 до -90°С. В термосфере, выше мезопаузы, температура с высотой начинает расти, в основном вследствие поглощения кислородом ультрафиолетовой солнечной радиации с длинами волн короче 0,24 мкм, и на высотах 200 - 300 км достигает +1500°С, а затем остается постоянной.

 

 

ПО ГАЗОВОМУ СОСТАВУ атмосфера делится на два слоя. Нижний слой толщиной около 100 км имеет одинаковое соотношение основных образующих его газов. Он называется гомосферой. Выше гомосферы, вплоть до внешней границы атмосферы, простирается гетеросфера. В гетеросфере с высотой под воздействием солнечного и космического излучения происходит изменение газового состава воздуха вследствие разложения сложных молекул на более простые составляющие их атомы. Этот процесс называется фотодиссоциацией. При этом возникают ионы, т. е. части разрушенной молекулы, обладающие электрическими зарядами, и электроны. Слои атмосферы, содержащие большое количество ионов, вместе с нейтральными молекулами образуют ионизированную плазму с большой электропроводностью, но в целом нейтральную. Эти слои называются ионосферой, которая простирается от верхней части гомосферы до уровня 400 - 500 км. Начиная с высоты 800 км улетают в космическое пространство легкие газы — водород и гелий. Выше этого уровня, называемого уровнем диссипации, располагаются слои экзосферы, или внешней атмосферы. Отражение ионосферой радиоволн позволяет устанавливать на Земле устойчивую радиосвязь. Благодаря диссоциации молекул кислорода в верхних слоях атмосферы возникает атомарный кислород О. Максимальное содержание озона наблюдается на высоте около 20 - 25 км. Это слои называются озоносферой. Дело в том, что на этой высоте создаются оптимальные условия для его образования: большое поступление жесткого солнечного излучения — рентгеновского и коротковолнового ультрафиолетового и еще значительное присутствие там кислорода. Выше этого уровня содержание кислорода убывает. В более низких слоях атмосферы количество озона уменьшается вследствие уменьшения жесткого ультрафиолета (1 < 0,200 мкм). Образовавшийся под воздействием этого излучения озон поглощает в свою очередь ультрафиолетовую радиацию более длинных волн, и до земной поверхности ультрафиолетовое излучение с длинами волн менее 0,29 мкм не доходит. В тропосфере содержание озона с высотой медленно возрастает и превышает на уровне тропопаузы (10 - 12 км) приземные значения примерно в 5 раз. На высоте около 23 км содержание озона больше приземного примерно в 100 раз. Общее содержание озона в вертикальном столбе атмосферы характеризуется толщиной слоя, который бы он образовал, если бы озон удалось выделить из атмосферы и привести к давлению 760 мм у и температуре 0°С. Толщина слоя выражается в миллиметрах. Общее содержание озона в атмосфере меняется от 1,2 до 7,6 мм при среднем значении 2,91 мм.

 

 

Солнечная радиация — главный экологически чистый источник энергии практически для всех физических процессов, происходящих на Земле и в атмосфере. Энергия Солнца обусловливает жизнедеятельность организмов, возникновение облаков и осадков, перенос воздушных масс. Использование солнечной энергии имеет огромное значение в хозяйственной деятельности человека и служит залогом успеха в сельскохозяйственном производстве.

 

 

СОЛНЦЕ — самая близкая к нам звезда. Оно излучает в мировое пространство огромное количество энергии (-4 х 10²⁶ Вт). На внешнюю границу атмосферы Земли поступает только 1/2200 000 000 часть солнечного излучения. Солнечное излучение распространяется по всем направлениям в виде электромагнитных волн со скоростью около 300 000 км/с. Распределение лучистой энергии по длинам волн называется электромагнитным спектром. Спектр излучения Солнца в широком диапазоне длин волн близок к спектру излучения абсолютно черного (т. е. полностью поглощающего падающую на него радиацию) тела при температуре около 6000 К. Такая высокая температура служит причиной того, что 99% всей энергии приходится на излучение с длинами волн от 0,10 до 4 микрометров (1 мкм = 10^-6 м). Это излучение называется коротковолновой солнечной радиацией. Радиация с длинами волн от 0,40 мкм (фиолетовая) до 0,76 мкм (красная) воспринимается человеческим глазом. Таким образом, Солнце является источником не только энергии, но и света. Области солнечного спектра с длинами волн короче 0,40 мкм (ультрафиолетовая) и длиннее 0,76 мкм (инфракрасная) не видимы человеческим глазом.

На верхней границе атмосферы почти половина солнечной энергии (47%) приходится на достаточно узкий видимый участок спектра. Максимум в спектре Солнца также лежит в видимой области — в ее зелено-голубой части на длине волны 0,475 мкм. Инфракрасная радиация составляет 44%, аяультрафиолетовая всего 9%.

Земля вращается вокруг Солнца по своей орбите так, что ось вращения образует с плоскостью орбиты угол 66,5°. Наклоном оси вращения и объясняется смена времен года, а также неодинаковая продолжительность дня и ночи на различных широтах. Вращение Земли вокруг собственной оси приводит к смене дня и ночи.

Расстояние Земли от Солнца в среднем равно 149,6 млн км. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, представляющей собой слабовытянутый эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце, поэтому расстояние между Землей и Солнцем все время меняется. В результате этого в начале января Земля получает на 3,3% больше, а в начале июля на 3,3% меньше радиации, чем при среднем расстоянии. Таким образом, зимой в Северном полушарии на Землю поступает больше радиации (максимально на 6,6%), чем зимой в Южном полушарии, а летом — наоборот.

 

 

КОЛИЧЕСТВО РАДИАЦИИ, поступающее на единицу поверхности в единицу времени, называется энергетической освещенностью, которая измеряется в ваттах (Вт) на 1 м². На верхней границе атмосферы на единицу площади, расположенной перпендикулярно солнечным лучам, при среднем расстоянии Земли от Солнца приходит 1,367 кВт/м² (1 кВт/м² = 1000 Вт/м²). Эта величина называется солнечной постоянной. Спутниковые измерения показали, что ее изменения невелики и она действительно практически постоянна. Радиация, поступающая непосредственно от диска Солнца в виде параллельных лучей, называется прямой солнечной радиацией. Приход ее на горизонтальную поверхность пропорционален синусу угла падения солнечных лучей.

Попадая в атмосферу, прямая радиация претерпевает существенные изменения. Частично она поглощается различными газами, входящими в состав воздуха (озон О₃, водяной пар Н₂О, углекислый газ СО₂), и аэрозолями (особенно сильно — частицами сажи), а также рассеивается молекулами воздуха, аэрозолями и облачными частицами.

Поглощение прямой солнечной радиации различных длин волн неодинаково. Наиболее существенно ультрафиолетовая радиация поглощается стратосферным озоном, а радиация красной и инфракрасной областей спектра — водяным паром, основная часть которого сосредоточена в нижней тропосфере. Из-за наличия озонового слоя в стратосфере коротковолновая граница солнечного спектра обрывается на длине волны 0,29 мкм, а радиация с длинами волн короче 0,32 мкм приходит к земной поверхности сильно ослабленной. Озон и углекислый газ имеют слабые полосы поглощения в видимом и инфракрасном участках спектра. Водяным паром и аэрозолями поглощается около 15% солнечной радиации, облаками — примерно 5%, а озоном — 3%.

 

 

ЧАСТЬ ПРЯМОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ рассеивается по всем направлениям молекулами воздуха и аэрозолями, каплями и кристаллами, образующими облака: вниз — к земной поверхности и вверх — в космос. Рассеянная радиация в отличие от прямой поступает на земную поверхность из всех точек небесного свода. Рассеивание в атмосфере солнечной радиации способствует освещению тех мест, куда не попадают прямые солнечные лучи. Наиболее сильно рассеивается радиация коротких длин волн и тем сильнее, чем меньше размеры рассеивающих частиц. Самыми мелкими частицами в атмосфере являются молекулы воздуха (10^-4 мкм). Только на очень крупных аэрозольных частицах, каплях и кристаллах облаков (1 - 2 мкм) радиация всех длин волн рассеивается одинаково. Поэтому у земной поверхности максимум в спектре рассеянной радиации приходится на синие лучи, в то время как в спектре прямой радиации он смещается на желто-зеленые. Голубой цвет неба — это цвет чистого, незапыленного воздуха. С увеличением высоты цвет неба становится более синим. В стратосфере, где рассеивание происходит в основном только на молекулах воздуха, а плотность его невелика, цвет неба черно-фиолетовый. По наблюдениям космонавтов, на высотах 300 км небо черное, при этом даже днем хорошо видны звезды. При сильном замутнении воздуха крупными аэрозольными частицами цвет неба становится белесым. По этой же причине освещенные Солнцем облака мы видим белыми.

 

 

ОСЛАБЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ существенно зависит от пути, проходимого ею в атмосфере. Меньше всего этот путь при высоте Солнца 90°, когда оно стоит в зените. Однако такие условия наблюдаются лишь на экваторе в дни солнечных равноденствий, на широте тропиков (φ = 23°27') в день летнего солнцестояния и на промежуточных между экватором и тропиками широтах дважды в период между весенним и осенним равноденствиями. Чем ниже высота Солнца, тем больший путь проходит радиация в атмосфере и тем сильнее она ослабляется. При высоте Солнца 30° путь солнечных лучей удваивается по сравнению с высотой Солнца 90°, а сразу же после восхода и перед заходом Солнца этот путь возрастает в десятки раз. У горизонта Солнце становится почти красным. Это означает, что в его спектре присутствует главным образом красная и инфракрасная радиация. Выше всего Солнце стоит в полдень, поэтому на это время дня приходится максимум солнечной радиации. Наибольшие величины прямой радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, наблюдаются при больших высотах Солнца в малозапыленном воздухе. Например, в Москве при высоте Солнца 56° она составляет 0,80 кВт/м², а в горах на высотах 4 - 5 км может достигать 1,00 кВт/м².

Сумма прямой и рассеянной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией. В летний полдень в Москве при безоблачном небе на долю прямой радиации приходится 80%, на долю рассеянной — всего 20%. Максимум суммарной радиации наблюдается летом при ярких белых кучевых облаках, не закрывающих диск Солнца. При сплошной плотной облачности прямая радиация не доходит до земной поверхности и суммарная радиация равна рассеянной. Солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, частично ею отражается. Отражательные свойства той или иной поверхности определяются ее цветом, шероховатостью, увлажненностью и характеризуются величиной альбедо (от лат. albedo — белизна). Альбедо — это как бы степень белизны. Эта величина определяется в процентах и показывает, какая часть падающей радиации отражается от поверхности. Поверхности, имеющие светлую, особенно белую, окраску, в основном отражают солнечную радиацию. Чем темнее окраска поверхности, тем большую часть солнечной радиации она поглощает и тем самым нагревается. Сажа, например, почти полностью поглощает падающую на нее радиацию. Гладкие поверхности отражают больше солнечных лучей, чем шероховатые. Увлажнение поверхности уменьшает их отражательную способность.

 

 

САМЫЕ ВЫСОКИЕ ЗНАЧЕНИЯ АЛЬБЕДО (90 - 95%) отмечаются у свежевыпавшего чистого и сухого снега вдали от промышленных районов, например в Арктике и Антарктиде. Поскольку снежный покров редко бывает совершенно чистым, то его альбедо, как правило, не превышают 70 - 80%, а в случае влажного загрязненного снега уменьшаются до 50% и ниже. Альбедо светлых песчаных почв составляет 40%; влажных черноземных почв — 5%; растительного покрова — 10 - 25%. Альбедо поверхности Мирового океана в среднем равно 5 - 20%. Отражение прямой радиации от гладкой водной поверхности зависит от угла падения солнечных лучей. При больших высотах Солнца альбедо здесь составляет всего несколько процентов, так как значительная часть приходящей радиации проникает в верхние слои водоемов и там в основном поглощается. При низких высотах Солнца, когда лучи зеркально отражаются от водной поверхности и не проходят вглубь, альбедо увеличивается до 70%. Альбедо водных поверхностей для рассеянной радиации составляет 5 - 10%. Альбедо верхней поверхности облаков может достигать 70 - 80%, составляя в среднем 50 - 60%. Часть отраженной от земной поверхности радиации переотражается молекулами воздуха, аэрозолями и особенно облаками и возвращается к ней в виде дополнительного потока рассеянной радиации.

 

 

ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ - естественный щит Земли, оберегающий ее от «жесткой» солнечной радиации. Благодаря ему возможно существование жизни на Земле. В настоящее время известны озоновые «дыры» над Антарктидой. Разрушение озонового слоя, поглощающего большую часть ультрафиолетового солнечного излучения, происходит в результате выбросов в атмосферу хлора и брома. В настоящее время действует международное соглашение, так называемый Монреальский протокол, который был принят в 1987 году и ратифицирован более чем 180 странами мира. Документ призван ограничить продукцию, которая содержит химикаты, разрушающие озоновый слой. Главным образом к ним относятся хлор и бром, точнее их производная — фреон. Это вещество используется в производстве холодильников, кондиционеров и в промышленной дезинфекции.
 

 

Чтобы правильно оценивать степень нагрева и охлаждения различных земных поверхностей, рассчитывать испарение па водохранилищах, определять изменения влагозапаса в почве, разрабатывать методы по прогнозированию замерзания водоемов, а также оценивать влияние мелиоративных работ на климатические условия приземного слоя воздуха, необходимы данные о тепловом балансе земной поверхности.

 

 

ЗЕМНАЯ. ПОВЕРХНОСТЬ непрерывно получает и теряет тепло в результате воздействия разнообразных потоков коротковолновой и длинноволновой радиации. Поглощая в большей или меньшей степени суммарную радиацию и встречное излучение атмосферы, земная поверхность нагревается и излучает длинноволновую радиацию, а значит, теряет тепло. Величиной, характеризующей потерю тепла земной поверхностью, является эффективное излучение. Оно равно разности между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы. Поскольку встречное излучение атмосферы всегда несколько меньше земного, то эта разность положительна. В дневные часы эффективное излучение перекрывается поглощенной коротковолновой радиацией. Ночью же, при отсутствии коротковолновой солнечной радиации, эффективное излучение понижает температуру земной поверхности. В облачную погоду в связи с увеличением встречного излучения атмосферы эффективное излучение гораздо меньше, чем в ясную. Меньше и ночное охлаждение земной поверхности. В средних широтах земная поверхность теряет через эффективное излучение примерно половину того количества тепла, которое она получает от поглощенной радиации.

Приход и расход лучистой энергии оценивают величиной радиационного баланса земной поверхности. Он равен разности между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением, от него зависит тепловое состояние земной поверхности — ее нагревание или охлаждение. Днем радиационный баланс почти все время положителен, т. е. приход тепла превышает расход. Ночью радиационный баланс отрицателен и равен эффективному излучению. Годовые значения радиационного баланса земной поверхности, за исключением самых высоких широт, повсюду положительны. Этот избыток тепла расходуется на нагревание атмосферы путем турбулентной теплопроводности, на испарение, на теплообмен с более глубокими слоями почвы или воды. Если рассматривать температурные условия за длительный период (год или лучше ряд лет), то земная поверхность, атмосфера в отдельности и система «Земля — атмосфера» находятся в состоянии теплового равновесия. Их средняя температура из года в год мало меняется. В соответствии с законом сохранения энергии можно считать, что алгебраическая сумма потоков тепла, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, равна нулю. Это и есть уравнение теплового баланса земной поверхности. Его смысл состоит в том, что радиационный баланс земной поверхности уравновешивается нерадиационной передачей тепла.

 

 

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС системы «Земля — атмосфера» за длительный период также равен нулю, т. е. Земля как планета находится в тепловом равновесии: приходящая на верхнюю границу атмосферы солнечная радиация уравновешивается уходящей в космос радиацией с верхней границы атмосферы.

Если принять приходящую на верхнюю границу атмосферы солнечную радиацию за 100%, то из этого количества 32% рассеивается в атмосфере. Из них 6% уходит обратно в мировое пространство. Следовательно, к земной поверхности в виде рассеянной радиации поступает 26%; 18% радиации поглощается озоном, водяным паром, аэрозолями и идет на нагревание атмосферы; 5% поглощается облаками; 21% радиации уходит в космос в результате отражения от облаков. Таким образом, приходящая к земной поверхности радиация составляет 50%, из которых на долю прямой радиации приходится 24%; 47% поглощается земной поверхностью, а 3% приходящей радиации отражается обратно в мировое пространство. В результате с верхней границы атмосферы в космическое пространство уходит 30% солнечной радиации. Эту величину называют планетарным альбедо Земли. Для системы «Земля — атмосфера» через верхнюю границу атмосферы уходит обратно в космос 30% отраженной и рассеянной солнечной радиации, 5% земного излучения и 65% излучения атмосферы.

 

 

Воздух все время движется, и его физическое состояние непрерывно меняется. А это значит, что непрерывно меняются и метеорологические величины в каждой точке Земли, т. е. меняется погода. Иными словами, непрерывно меняются температура, давление и влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество и форма облаков, осадков.

 

 

ВОЗДУХ содержит водяной пар. Облака, кроме водяного пара, состоят или из плавающих мельчайших капелек воды, или из ледяных кристалликов, или же из капелек и кристалликов вместе. Влажность воздуха важна для теплоощущения человека. Именно температура, влажность воздуха и ветер определяют комфортность, когда человек чувствует себя хорошо.

Для характеристики погоды важна и облачность, т. е. степень закрытости неба облаками, а также формы облаков, которые являются своего рода поплавками, показывающими движение воздуха.

Осадки — дождь и снег — необходимое условие жизни на суше. Это важнейшие характеристики погоды. Когда осадков мало, образуются пустыни и степи, а интенсивные и продолжительные осадки вызывают наводнения, сели. Вот почему важно знать количество осадков за сутки, или за 12 ч, или за б ч в зависимости от потребностей хозяйства. Все эти метеорологические величины характеризуют погоду, т. е. физическое состояние атмосферы в данный момент. Что же это значит — «данный момент» ? Частота наблюдений за погодой зависит от того, насколько быстро меняются метеорологические величины и атмосферные явления и как влияют эти изменения на человеческую деятельность. Теперь существуют самопишущие приборы, непрерывно фиксирующие величины давления, температуры и относительной влажности. Однако невозможно, да и не нужно передавать каждую секунду значения этих величин. Регулярно и наиболее часто наблюдают погоду на аэродромах. Там наблюдения за погодой производят каждые 15 мин. Ясно, что для аэродромов «данный момент» времени — это 15 мин. На метеорологических станциях всего земного шара принято вести наблюдения за погодой каждые 3 ч, считая от 00 ч по Гринвичскому среднему времени. Наблюдатели всей Земли в 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 ч выходят на метеорологические площадки и делают отсчет по приборам, измеряющим вышеуказанные метеорологические величины. Таким образом, для наблюдений за погодой у поверхности Земли «данный момент» — это 3 ч.

 

 

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МАСШТАБ процессов, формирующих погоду, таков, что их лучше всего изучать с помощью географических карт. На карту в точках расположения метеорологических станций цифрами и условными значками наносят результаты наблюдений, сделанные в один момент времени. Такая карта называется синоптической (т. е. обзорной) картой погоды; она характеризует состояние погоды одновременно на большой территории, например в Европе или во всем Северном полушарии. Синоптические карты составляются через определенные промежутки времени (например, через каждые 12, 6 или 3 ч) и дают представление о развертывании процессов во времени.

Синоптические карты составляются как для поверхности Земли (приземные карты погоды), так и для различных слоев атмосферы (высотные карты погоды). Вместе с вертикальными разрезами атмосферы и с графиками, построенными по данным радиозондирований, они дают представление о трехмерной структуре атмосферы до высоты 25 - 30 км.

Прослеживая по синоптическим картам, как и куда двигались раньше и движутся сейчас воздушные массы, фронты, циклоны и антициклоны и что с ними происходит, синоптик может составить представление об общем характере и механизме погоды во всем географическом районе и сформировать предварительный прогноз будущей погоды.

Основные изменения погоды в умеренных широтах обусловлены циклонической деятельностью, т. е. возникновением, развитием и перемещением циклонов и антициклонов. Подавляющее число циклонов внетропических широт возникает на главных атмосферных фронтах (арктическом и полярном), и вся их дальнейшая жизнь неразрывно связана с этим фронтом.

Если рассматривать эволюцию циклона от момента его возникновения до полного исчезновения, то можно выделить следующие стадии развития.

 

 

Начальная стадия циклона — стадия фронтальной волны. На главном фронте возникают огромные волны длиной 1000 км и более. С их появлением теплый воздух начинает продвигаться к высоким широтам в сторону холодного воздуха в передней части волны, а холодный воздух — к низким широтам в сторону теплого воздуха в тыловой части. При этом давление у вершины волны понижается, что приводит к формированию начального циклонического возмущения, как правило, с одной замкнутой изобарой на приземной карте погоды. Это вызывает деформацию (искривление) главного фронта и образование на нем участков теплого и холодного фронтов. Начало зарождения циклона на приземных картах погоды можно заметить по падению давления, увеличению облачности и выпадению осадков.

 

 

Стадия молодого циклона. В этой стадии число замкнутых изобар в циклоне возрастает (до двух-трех), а давление в центре циклона продолжает заметно понижаться, что приводит к усилению ветров и осадков. Теплый воздух образует теплый сектор циклона, и на приземной карте отмечаются самые высокие температуры воздуха. Обычно теплый сектор занимает южную и юго-восточную части циклона. Самые низкие температуры в циклоне наблюдаются за холодным фронтом в его северо-западной и северной частях. Весь циклон как единая система обычно быстро (30 - 50 км/ч) движется на восток или северо-восток. Стадия максимального развития. Стадия молодого циклона — кратковременный промежуток в развитии циклона: он длится обычно не дольше суток (чаще 12 ч). Холодный фронт в циклоне всегда движется быстрее, чем теплый, поэтому он постепенно догоняет теплый фронт и смыкается с ним. Происходит так называемое окклюдирование циклона (от лат. occlusio — запирание) и образование фронта окклюзии. К началу окклюдирования давление в центре циклона падает до самых низких значений (обычно до 980 - 990 гПа, но иногда и ниже). Скорости ветра в центре циклона достигают максимальных значений. Циклоническая циркуляция захватывает слой атмосферы до 5 - 7 км. Облачные системы и зоны осадков холодного и теплого фронтов сливаются и приобретают вид огромной спирали, закручивающейся около центра циклона.

 

 

Стадия заполнения (разрушения) циклона. В процессе окклюдирования циклона холодный воздух продолжает распространяться к югу и постепенно занимает всю область циклонической циркуляции. Теплый сектор на приземной карте быстро сокращается, а теплый воздух вытесняется в верхние слои тропосферы, где он затем охлаждается. Циклон постепенно замедляет свое движение, давление в его центре начинает расти, ветер ослабевает, а системы облачности и осадков размываются. Наконец циклон полностью исчезает. Таким образом, весь жизненный цикл циклона продолжается 5 - 7 дней.

 

 

Возникновение и развитие антициклонов тесно связаны с развитием циклонов. Это единый процесс, происходящий на главном фронте, в результате которого в одном районе создается недостаток массы воздуха и возникает циклон, а в другом районе — избыток массы воздуха и возникает антициклон. В отличие от циклонов, в которых господствуют восходящие движения, для антициклонов характерна общая тенденция к нисходящему движению воздуха. Это происходит потому, что в нижнем слое антициклона воздух вытекает из центра к периферии. Благодаря оседанию воздух в антициклоне не насыщается влагой, и погода в антициклонах преобладает малооблачная и сухая. Только в нижних слоях в ночные часы и в холодную половину года возможно образование туманов и слоистых облаков. Ветры в антициклонах, как правило, слабые, преобладают штили.
 

 

Циркуляцией атмосферы называются крупномасштабные воздушные течения, существующие на земном шаре. В этих воздушных течениях возникают волны и вихри, обладающие характерными свойствами.

 

 

ВОЗНИКАЮЩИЕ, РАЗВИВАЮЩИЕСЯ И ЗАТУХАЮЩИЕ в атмосфере воздушные течения бывают разных размеров, время их существования различно. Так, например, кучевое облако возникает в потоке влажного воздуха из-за восходящего движения. Его размер приблизительно 10 км, а время существования полчаса. Движения воздуха такого масштаба в течение короткого времени влияют на небольшую территорию. А вот бризы, развивающиеся на равнинном побережье и дующие днем с моря на сушу, проникают в умеренных широтах в глубь территории на 25 - 30 км. Время их существования — полсуток. Бриз влияет на погоду в пределах небольшой территории. Это местный ветер, охватывающий полосу земли вдоль побережья.

 

 

На вопрос, какие воздушные течения определяют погоду в пределах Московской области в течение от 1 до 5 суток, можно ответить, если учесть среднюю скорость переноса воздушных масс, которая известна из аэрологических наблюдений. В среднем она равна 50 км/ч. Следовательно, в каждую точку Московской области поступает воздух, который за сутки до этого находился на расстоянии 1200 км, а за 5 суток — на расстоянии 6000 км от этой точки. Таким образом, крупномасштабные воздушные течения сопоставимы по размерам с материками и океанами, а продолжительность их существования 5 - 6 суток. Если же мы хотим узнать погоду на более обширной территории, например, на европейской части России, то надо рассматривать структуру воздушных течений на всем Северном полушарии за сутки, а на всем земном шаре — за 5 суток. Поэтому для понимания изменения погоды в течение нескольких суток необходимо знать закономерности крупномасштабных воздушных течений или закономерности общей циркуляции атмосферы.

При наблюдении Земли из космоса, как видно на приведенных снимках, можно судить о воздушных течениях, развитии и перемещении облачных систем. Так, в умеренных широтах обоих полушарий встречаются полосы облачности шириной 300 - 500 км, распространяющиеся на тысячи километров и закручивающиеся в Северном полушарии в полярных широтах против часовой стрелки, а в Южном полушарии — по часовой стрелке. Эта облачность, как правило, все время перемещается с запада на восток, возникая в одном географическом районе и разрушаясь через 2 - 3 дня в другом.

В то же время в субтропических широтах (30 - 15° широты) над океанами и над пустынями облачности мало. А если она и есть у западных побережий Африки и Америки, то только в виде облачных островков. Наконец, в экваториальной зоне (15° с. ш. — 15° ю. ш.) всегда существует одна или две полосы облачности, более или менее плотной.

 

 

ОБЛАЧНОСТЬ отражает закономерности общей циркуляции атмосферы на земном шаре: характер воздушных течений в умеренных широтах обоих полушарий отличается от характера воздушных течений в субтропических и экваториальных широтах.

В умеренных широтах всегда присутствуют три воздушные массы: в полярной области — арктическая (или антарктическая), в зоне 30 - 40° широты — тропическая и воздушная масса умеренных широт. Эти воздушные массы различаются по температуре, влажности и запыленности. Так, в январе иногда в Москву приходит арктический воздух с Баренцева и Карского морей со средней температурой — 19°С, морской умеренный воздух с Атлантики — с температурой -1°С, а тропический воздух из Северной Африки приносит с собой оттепели: температура повышается до +2°С.

В местах соприкосновения этих воздушных масс возникают фронтальные зоны, которые у земли проявляются как полосы перехода (в 10 - 20 км) от одной воздушной массы к другой. Здесь-то и образуются полосы облачности, которые видят космонавты сверху. Во фронтальных зонах в толще тропосферы холодный воздушный поток, который находится на стороне, обращенной к полюсам, соприкасается с теплым воздушным потоком, который находится на стороне, обращенной к экватору. Таким образом, во фронтальной зоне существует перепад температуры и, следовательно, плотности воздуха. Такой поток неустойчив, и в нем возникают воздушные волны длиной 5000 - 6000 км, превращающиеся потом в вихри — циклоны и антициклоны. Циклон — вихрь с замкнутыми изобарами и самым низким давлением воздуха в центре. В циклоне ветер дует против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии. В циклоне всегда существует восходящее движение воздуха, и поэтому возникают облачность и осадки. Закручивающиеся облачные спирали, наблюдаемые из космоса в умеренных широтах, это и есть циклоны.

Одновременно с развитием циклона возникает антициклон — вихрь с замкнутыми изобарами, самым высоким давлением воздуха в центре и ветрами, дующими по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки — в Южном. В антициклоне всегда существуют нисходящие движения воздуха, препятствующие возникновению мощной облачности и продолжительных осадков. Просветы ясного неба, видимые космонавтами в умеренных широтах и разделяющие облачность фронтов, относятся к антициклонам.

Таким образом, крупномасштабная циркуляция атмосферы в умеренных широтах — это постоянное образование, развитие, движение, а затем затухание и исчезновение циклонов и антициклонов. При этом циклоны, возникающие на фронте, разделяющем теплую и холодную воздушные массы, движутся в сторону полюсов, перенося теплый воздух в полярные широты. Антициклоны же, возникающие в тылу циклонов в холодной воздушной массе, движутся в субтропические широты, перенося туда холодный воздух. Именно эти процессы и определяют изменения погоды в умеренных широтах.

 

 

Чтобы следить за происходящими в атмосфере процессами, через каждые три часа в метеорологических службах всех стран составляются карты погоды и два раза в сутки карты барической топографии различных изобарических поверхностей. Для характеристики общих закономерностей циркуляции атмосферы составляют средние многолетние карты давления воздуха на уровне моря, карты преобладающих ветров и средние карты топографии изобарических поверхностей. Карты отражают наиболее повторяющиеся процессы в умеренных, субтропических и экваториальных широтах. Кроме того, они позволяют судить о сезонных изменениях циркуляции атмосферы, вызванных различным поступлением солнечной радиации в течение года.

 

 

В январе в северной части Атлантике и в северном Тихом океане наблюдаются области низкого давления, называемые Исландской и Алеутской депрессиями, и области высокого давления над Канадой и Азией, называемые Канадским и Сибирским антициклонами. Депрессии существуют в районах, где часты циклоны, которые по мере продвижения на восток и северо-восток постепенно заполняются и уступают место антициклонам. Азиатский и Канадский антициклоны возникают только благодаря существованию на этих широтах обширных континентов — Северной Америки и Евразии. В этих районах зимой антициклоны преобладают над циклонами. Летом над материками происходит коренная перестройка барического поля и циркуляции, и зона образования циклонов в Северном полушарии смещается в более высокие широты.

В умеренных широтах Южного полушария циклоны, возникающие над однородной океанической поверхностью, двигаясь на юго-восток, встречают ледяной купол Антарктиды, когда в их центре самое низкое давление воздуха. Здесь циклоны застаиваются. Этот процесс происходит зимой и летом. Поэтому Антарктида окружена поясом низкого давления с циклоническими центрами.

Циркуляция атмосферы в субтропических широтах различна над океанами и в районах соприкосновения материков и океанов. На космических снимках видно, что над Атлантическим и Тихим океанами и в Северном и Южном полушариях в субтропиках имеются области высокого давления воздуха: это Азорский и Южноатлантический субтропические антициклоны в Атлантике и Гавайский и Южнотихоокеанский субтропические антициклоны в Тихом океане. Здесь зимой и летом давление высокое. В южной части Индийского океана также круглый год расположен антициклон, называемый Маскаренским. В отличие от океанов, в Азии, Северной Африке и отчасти в Мексике ситуация от зимы к лету полностью меняется. Если зимой над Азией господствовал Сибирский антициклон, южная периферия которого захватывала субтропики, а на Северную Африку распространялся отрог Азорского антициклона, то летом вся Азия занята обширной областью низкого давления, центр которой располагается над Аравией, Иранским нагорьем и Сахарой. Такое различное распределение давления в субтропиках над океанами и материками и разное изменение давления от зимы к лету определяют две системы циркуляции глобального масштаба: пассатную над океанами и муссонную в области соприкосновения материка и океана.

 

 

В АНТИЦИКЛОНЕ, как мы знаем, ветры в Северном полушарии дуют по часовой стрелке, а в Южном полушарии — против часовой стрелки. Поэтому на экваториальной стороне Азорского и Гавайского антициклонов дуют северо-восточные ветры, которые по мере продвижения к центру океанов становятся восточными, а при приближении к Южной Америке и к Филиппинским островам — юго-восточными. Эти ветры и есть северо-восточный пассат.

В Южном полушарии на экваториальной стороне Южноатлантического, Маскаренского и Южнотихоокеанского антициклонов дуют юго-восточные ветры — юго-восточный пассат.

Поскольку в субтропиках Северного и Южного полушарий высокое давление и антициклоны существуют в течение всего года и только меняют интенсивность, то и пассатные ветры существуют в течение всего года, являясь самыми устойчивыми ветрами в мире. Именно этим воспользовались X. Колумб и Т. Хейердал в своих экспедициях.

 

 

В СУБТРОПИЧЕСКИХ АНТИЦИКЛОНАХ, как в антициклонах вообще, наблюдаются нисходящие движения воздуха, которые препятствуют образованию облачности выше 1,5 км. Только в нижнем полуторакилометровом слое над океаном может образоваться кучевая облачность, связанная с восходящими движениями в относительно холодном пассатном потоке, текущем над теплым тропическим океаном. Но оседание воздуха в верхних слоях препятствует дальнейшему росту облаков. Поэтому в области пассатов никогда не бывает существенных осадков, и просторы океанов под субтропическими антициклонами — это морские пустыни с влажным воздухом без осадков. Именно поэтому над океанами в субтропиках космонавты не видят облачных систем.

Теперь рассмотрим ситуацию, которая складывается там, где евразиатский материк граничит с северной частью Индийского океана, а также западной частью Тихого океана. Зимой давление воздуха убывает от Азии в направлении экватора, т. е. барический градиент направлен с севера на юг. Это вызывает отток воздуха из Сибирского антициклона на юго-восток, поскольку оттоку на юг препятствуют горные системы Центральной Азии. Затем северо-западный поток под влиянием силы Кориолиса Северного полушария, выходя на морскую поверхность, становится северо-восточным. Далее воздух течет вдоль восточного побережья Азии, попутно прогреваясь и увлажняясь от океана. Наконец он пересекает экватор и под влиянием силы Кориолиса, только теперь Южного полушария, снова становится северо-западным и достигает Индонезии и Северной Австралии. Это и есть Азиатский зимний муссон, который для Индонезии и Австралии, конечно, летний. Набрав по дороге влагу, он несет обильные дожди Индонезии и Северной Австралии. Под влиянием того же барического градиента сухие тропические воздушные массы Передней Азии, Индостана и Индокитая в виде северо-восточного потока текут над севером Индийского океана, пересекают экватор и под влиянием силы Кориолиса Южного полушария становятся северо-западными. В Индийском океане они встречаются с юго-восточным пассатом Индийского океана.

 

 

В это время в Западной Африке дует сухой горячий северо-восточный ветер, который называется харматан. Это зимний муссон, который создает сухой сезон в Сахели — обширной саванне южнее Сахары.

Летом там, где соседствует евразиатский материк с Индийским океаном и Западная Африка с Гвинейским заливом, барическое поле полностью меняется. Теперь барический градиент направлен с юга на север, от Маскаренского антициклона и Южноатлантического антициклона в область Азиатской термической депрессии и в ее ложбину над Сахарой. В связи с этим юго-восточный пассат в Индийском океане пересекает экватор. Под влиянием силы Кориолиса Северного полушария воздушный поток постепенно отклоняется вправо и становится юго-западным. В мае этот юго-западный поток достигает Шри-Ланки, Мьянмы, севера Таиланда, Лаоса, Камбоджи и севера Малайзии. В начале июня юго-западный поток захватывает весь полуостров Индостан, позже он доходит до Северо-Западной Индии. Так, в Дели он приходит в июле. Этот юго-западный поток и есть Индийский муссон, который приносит летом дожди в Индию, покидая самый юг Индии в декабре. В этих странах дождливый сезон, связанный с юго-западным муссоном, начинается в мае и кончается в октябре — ноябре.

 

 

МЕРИДИОНАЛЬНЫЙ барический градиент, направленный на север, создает условия для возникновения юго-западного потока влажного воздуха из южной Атлантики и Гвинейского залива, который распространяется на саванны Сахели и Судана с мая по октябрь. Этот летний западно-африканский муссон является единственным источником дождей для Судано-Сахельской зоны, и от его интенсивности зависит жизнь людей, а то и целых государств. Так, ослабление летнего муссона в Сахели в 70 - 80-е гг. привело к катастрофическим последствиям для населения и массовой гибели домашнего скота.

 

 

В ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ЗОНЕ зимой и летом наблюдается низкое давление, опоясывающее весь земной шар. Эта полоса низкого давления называется экваториальной ложбиной.

Зимой экваториальная ложбина Северного полушария занимает самое южное положение, а летом — самое северное. Но это смещение неодинаково на различных долготах: оно наименьшее в области распространения пассатов и наибольшее в области господства муссонов. Над океанами к центру экваториальной ложбины устремляются два пассатных потока из Северного и Южного полушарий. Северо-восточный пассат Северного полушария и юго-восточный пассат Южного полушария направлены навстречу друг другу. Поэтому на линии самого низкого давления они сталкиваются, образуя так называемую внутритропическую зону конвергенции (конвергенция — «сходимость»). Условием длительного поддержания зоны конвергенции (а она существует круглый год) являются восходящие движения воздуха и отток воздуха выше пассатов к субтропикам. Иначе сходящиеся воздушные потоки пассатов быстро заполнили бы ложбину. Во влажном тропическом воздухе восходящие движения воздуха приводят к образованию мощных кучево-дождевых облаков, облачных скоплений протяженностью 100 - 200 км, которые и видят космонавты. Из облачных скоплений выпадают ливни. Таким образом, внутритропическая зона конвергенции является местом, где дожди выливаются из водяного пара, собранного пассатами над океанами. В верхних частях тропосферы (10 - 16 км) действительно наблюдаются воздушные течения, направленные из зоны конвергенции к субтропическим антициклонам. Здесь этот воздух опускается. К оседанию воздуха в антициклонах, пришедших из умеренных широт, добавляется снижение воздуха, пришедшего из внутритропической зоны конвергенции.

Приток пассатов к экватору в нижней части тропосферы, его подъем в зоне конвергенции, затем отток воздуха в верхней тропосфере к субтропическим антициклонам и там опускание образуют так называемую ячейку Хэдли (Гадлея), по имени английского ученого, описавшего это явление в 1735 г. В области муссонной циркуляции также образуется зона конвергенции: зимой при встрече муссона с юго-восточным пассатом Маскаренского антициклона, северным летом — при встрече муссона с континентальным тропическим воздухом Азии и Сахары.

Сезонное смещение внутритропической зоны конвергенции, образованной пассатами, очень небольшое — 3 - 5° вдоль меридиана, а сезонное смещение муссонной зоны конвергенции большое, порядка 25° вдоль меридиана, что вносит определенное различие в эти зоны, выражающееся, в частности, в форме и размерах конвективных облачных скоплений.

 

 

О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ДАВЛЕНИЯ и преобладающих воздушных течениях, которые наблюдаются у поверхности земли, мы рассказали выше. Замечательно, что такие же воздушные течения и распределение давления наблюдаются в нижнем слое атмосферы от поверхности до высоты 1,5 км. Если же подниматься во все более высокие слои атмосферы, то характер воздушных течений (и иоле давления) постепенно изменяется. Эти изменения все больше определяются распределением температуры на земном шаре: ее контрастом между полюсами и тропиками. Так, на высоте 10 - 12 км над холодными Арктикой и Антарктидой круглый год существуют огромные циклонические вихри, на периферии которых в умеренных широтах Северного и Южного полушарий господствуют западные воздушные течения. Эти западные воздушные течения неустойчивы: в них все время возникают волны длиной 5 - 6 тыс. км. В передней части такой волны, от ложбины до гребня у земли, возникают циклоны, в тыловой части от гребня до ложбины — антициклоны.

Субтропические антициклоны — это высокие теплые образования, они захватывают своей циркуляцией всю тропосферу. Поэтому границей западных воздушных течений умеренных широт служит обращенная к полюсам периферия субтропических антициклонов. Здесь как раз и возникают самые сильные западные ветры — субтропическое струйное течение, где скорость западного ветра всегда более 100 км/ч, а иногда и 200 - 250 км/ч.

На периферии субтропических антициклонов, обращенной к экватору, дуют восточные ветры. Таким образом, в тропиках наблюдаются восточные воздушные течения. Ветви этих течений направлены к субтропическим антициклонам и образуют ячейку Хэдли.

 

 

Если подняться еще выше, скажем, на высоту 25 км, то там характер воздушных течений определяется временем года. Летом над всем полушарием господствуют восточные ветры в огромном антициклоне, покрывающем полушарие с центром над полюсом. В это же время над другим полушарием властвует циклон с центром над полюсом, который создает западные воздушные течения. Итак, эти барические системы и ветры все время меняются: в июне, июле и августе — антициклон и восточные ветры в Северном полушарии, циклоны и западные ветры — в Южном полушарии; в декабре, январе и феврале — антициклон и восточные ветры в Южном полушарии, циклон и западные ветры — в Северном полушарии.

 

 

Первоначально понятие «климат» использовали как одну из физико-географических характеристик какой-либо территории наряду с описанием особенностей рельефа, почвенного покрова, растительности и т. д. Однако постепенно пришло понимание того, что многие природные процессы, иногда разнонаправленно протекающие в регионах и по-разному выраженные, есть не что иное, как проявление единых процессов планетарного масштаба, таких, например, как глобальное потепление, рост уровня Мирового океана, разрушение озонового слоя. В связи с этим понятие «климат», или «глобальный климат», стали использовать для характеристики глобального гидрометеорологического состояния природной среды.

 

 

ПОНЯТИЕ «ГЛОБАЛЬНЫЙ КЛИМАТ» характеризует состояние температурного режима и увлажнения, циркуляцию атмосферы и океана. Это понятие может быть применено для любой планеты. Климатическая система планеты Земля объединяет те элементы географической оболочки (атмосфера, океан, суша, криосфера, биосфера), в которых протекают процессы перераспределения тепла между разными регионами.

Особенности климатического режима Земли определяются притоком тепловой энергии от Солнца (приток внутреннего тепла составляет 0,05% от величины солнечной постоянной). Поступающая энергия имеет сезонный характер и зависит от широты места, при этом в сумме за год низкие широты получают гораздо больше энергии, чем высокие. Солнечная энергия, проходя сквозь атмосферу, достигает поверхности. Часть ее отражается, оставшаяся же часть нагревает сушу или океан. Остывание суши и океана происходит в результате собственного инфракрасного излучения. Часть инфракрасной радиации покидает планету, уходя в космическое пространство. Она блокируется парниковым эффектом, который создается главным образом водяным паром. Помимо него, важную роль здесь играют так называемые парниковые газы, обладающие полосами поглощения в инфракрасной области. Это углекислый газ СО₂ метан СН₄, закись азота N₂O, озон О₃ и так называемые фреоны (CCL₃F, CCL₂F₂ и др.). Из аэрозольных соединений — углерод (сажа).

В масштабах планеты приход солнечного тепла уравновешивается уходящей радиацией. В тропиках приход солнечной энергии превышает уходящее излучение, этот избыток тепла выносится в высокие широты. Перенос тепла осуществляется циркуляционными системами атмосферы и океана, причем главную роль играют вихри в атмосфере и океане.

 

 

ФОРМИРОВАНИЕ КЛИМАТА происходит не только в результате нагревания Земли солнечными лучами. Процесс усложняется так называемыми обратными связями. Одна из них — обратная связь между температурой и интенсивностью парникового эффекта. Так, если температура растет, то содержание влаги в воздухе увеличивается, что в свою очередь дополнительно блокирует инфракрасную радиацию, поднимающуюся от поверхности, а это влияет на дальнейший рост температуры. Итак, налицо самоусиливающийся процесс.

Другой пример климатической обратной связи — так называемая альбедная обратная связь, суть которой состоит в том, что снижение температуры земной поверхности ниже обычной вызывает смещение границы морских льдов и снежного покрова на континентах в сторону низких широт. Увеличение площади, занятой снегом и льдом, увеличивает относительную долю земной поверхности, обладающей хорошими отражательными свойствами, а рост альбедо уменьшает приход солнечной радиации и снижает температуру. Снижение же температуры вновь активизирует данный процесс и т. д.

 

 

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ климатической системы порождает колебания климата: от самых длительных (сопоставимых с эволюцией Земли) до самых коротких (порядка долей секунды). Самые длительные колебания климата, наблюдавшиеся на протяжении геологической истории Земли, происходили под влиянием двух факторов: это медленное нарастание светимости Солнца и пульсирующий процесс тектонической активности, под действием которого в атмосфере меняется содержание углекислого газа, т. е. происходит усиление или ослабление парникового эффекта. Именно ослаблением парникового эффекта вызвано похолодание в период кайнозойской эры, длившееся около 65 млн лет. Взаимодействие элементов климатической системы обеспечивает ее целостность и способствует самосохранению. Объяснить это можно тем, что биосфера способна путем регулирования своих свойств менять альбедо и влиять на парниковый эффект планеты, сглаживая таким образом неблагоприятные изменения окружающей среды.

 

 

КЛИМАТ НЕ СТАБИЛЕН. Буквально на наших глазах (начиная с последней четверти XX в.) произошли климатические изменения. Об этом свидетельствуют резкие температурные межгодичные изменения, изменения температурных ритмов (например, потепление в 40-х гг. и похолодание в 60-х гг.), а также произошедшее повсеместное увеличение температуры — так называемое «глобальное потепление». Однако не следует думать, что температура растет на всех высотах. С высотой ее рост постепенно прекращается, а в нижней стратосфере наблюдается некоторое понижение. Осадки не претерпевают каких-либо глобальных изменений. Глобальное потепление сказывается на состоянии морских льдов Северного полушария и снежного покрова на материке (их площади значительно сократились). Отреагировали на глобальное потепление и горные ледники Средней Азии, Скандинавии, Альп, Исландии. Поднялся уровень Мирового океана. Это обусловлено, во-первых, расширением воды при ее нагревании, а во-вторых, поступлением в океан определенного количества воды за счет таяния горных ледников. Как показывают измерения, ледниковые щиты Антарктиды и Гренландии находятся в равновесном состоянии. На изменение климата планеты огромное влияние оказала деятельность человека. Поскольку в атмосфере возросло содержание парниковых газов, это усилило парниковый эффект и привело к потеплению нижней тропосферы и поверхности материков и океанов.

 

ПРОГНОЗИРОВАТЬ КЛИМАТ можно, только опираясь на теорию, объясняющую происхождение его изменений. В настоящее время такая теория еще создается, поэтому лишь с определенной долей уверенности (или неуверенности) можно говорить о причинах современных изменений климата и их последствиях. Для прогноза будущего состояния климата используются математические модели климатической системы и палеоаналоги, когда в прошлом находят ситуации, которые по совокупности ряда признаков (например, по уровню содержания СО₂) объявляются аналогами будущих состояний климата.
 

 

Климаты земного шара распределяются в соответствии с широтной зональностью, которая зависит от солнечной радиации, от господствующих в умеренных широтах западных воздушных течений, а также от зон высокого и низкого атмосферного давления, вытянутых по широте.

 

 

В ОСНОВУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОЯСОВ были положены географические типы воздушных масс, физические свойства которых (температура, влажность, запыленность) есть результат взаимодействия всех факторов климатообразования: солнечной радиации, земной поверхности и циркуляции атмосферы. Такая классификация климатов называется генетической.

В каждом из основных климатических поясов преобладает одна из воздушных масс. Именно по преобладанию какой-либо воздушной массы в каждом полушарии выделяют четыре основных климатических пояса: экваториальный, тропический, умеренный, арктический (антарктический). Помимо основных поясов существуют три переходных пояса, в которых преобладающий тип воздушных масс меняется в зависимости от сезона. Это субэкваториальный пояс, в котором летом преобладает экваториальный воздух, а зимой — тропический; субтропический пояс, в котором летом преобладает тропический воздух, а зимой — умеренный; субарктический (субантарктический), в котором летом преобладает умеренный воздух, а зимой — арктический (антарктический). В свою очередь, в каждом широтном климатическом поясе в зависимости от характера земной поверхности (суша или океан) различают континентальные и океанические климаты. Помимо того, на западных и во сточных окраинах континентов формируются климаты западных и восточных побережий и примыкающих к ним акваторий. В областях, где существуют горные системы, преобладает горный климат.

 

 

В ЭКВАТОРИАЛЬНОМ ПОЯСЕ воздух формируется из тропического, который приносят сюда пассаты Северного и Южного полушарий. Поступая в приэкваториальную область пониженного давления, где ветры слабые, воздух приобретает свойства экваториального. Он не образует сплошного пояса, но присутствует в Южной Америке, Африке и Индонезии.

В экваториальном климате влаги и тепла достаточно в течение всего года. На низменностях бассейнов Амазонки и Конго, а также на островах Малайского архипелага и Новой Гвинее дни мало отличаются один от другого: сценарий неизменный. До восьми часов утра стоит сильный туман, в девять часов сквозь нависшие хмурые облака пробивается солнце, в одиннадцать уже становится невыносимо жарко. К середине дня небо покрывается темными тяжелыми кучево-дождевыми облаками, в пять часов дня разражается гроза с сильнейшим ливнем, переходящим в дождь, который льет безжалостно и равномерно почти всю ночь. Бесчисленные ручьи и реки не в состоянии принять огромную массу воды и выходят из берегов.

В течение всего года стоит равномерная жара. Колебания температуры в течение суток гораздо значительнее разностей среднемесячных температур, поэтому здесь весь год — влажное и очень теплое лето.

Разность между температурой самого теплого месяца и температурой самого холодного месяца (годовая амплитуда) невелика — не более 4 - 5°, а в некоторых районах 1 - 2°. Температура между днем и ночью (суточная амплитуда) меняется сильнее, и разность достигает 10 - 15°. В условиях сильно увлажненной поверхности суши большая часть радиационного тепла (80 - 90%) расходуется на испарение. Поэтому средние суточные температуры воздуха сравнительно невелики и составляют +24 - +28°С, а максимальные температуры редко превышают +35°С.

Условия настолько благоприятны для растительности, что она отличается здесь удивительным разнообразием и фантастическим богатством, развиваясь необычайно бурно и создавая совершенно особое растительное сообщество — первобытный девственный тропический лес. Деревья и лианы, растения-паразиты и молодая поросль, переплетаясь, образуют несколько этажей, возвышающихся друг над другом. Листья самой разнообразной формы полностью улавливают солнечный свет, в полумраке воздух влажен и неподвижен. Над всем этим океаном листьев царят деревья-гиганты, над вершинами которых проносятся шквалы и тромбы (сухопутные смерчи) невероятной силы, вырывающие иногда эти деревья с корнем. А вот на дне лесного океана не ощущается и малейшего ветерка.

Такое понятие, как сезон, принятое в умеренных широтах, в экваториальном климате отсутствует. Лишь в периоды весеннего и осеннего равноденствия, когда солнце бывает в зените, увеличивается число дождей.

 

 

ОКЕАНИЧЕСКИЙ ЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ КЛИМАТ мало отличается от континентального. Над океанами температура воздуха постоянна. Ливни и грозы, как правило, бывают в ночные часы.

 

 

СУБЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ КЛИМАТ (климат экваториальных муссонов) формируется в результате сезонной смены преобладающих воздушных течений: зимой господствуют тропические воздушные массы, на смену им летом приходит экваториальный воздух.

Нигде в тропиках нет такого климатического контраста между сезонами дождя и засухи, как в континентальном субэкваториальном климате. Этот природный ритм управляет не только жизнью природы, но и всем хозяйственным укладом населения.

Летний муссон капризен, часто имеет взрывной характер. Из надвигающегося, подобно черной стене, вала мощных кучево-дождевых облаков с молниями и громом на землю обрушивается сильнейший ливень. За короткое время высохшая почва утоляет жажду, ручьи и реки заполняются водой. Радость и оживление царят в природе. Устанавливается жаркая влажная погода. Облака загораживают солнце, приток солнечной радиации уменьшается и достигает зимнего уровня. Так, например, на наветренных горных склонах Западных Гат (Индостан) небо почти всегда закрыто облаками. В Рангуне (Бирма) продолжительность солнечного сияния в июле составляет не более 2 ч в день. Хотя суточные максимумы температуры воздуха летом меньше весенних, но относительная влажность — более 80%. При слабом ветре это только усиливает духоту. За период летнего муссона выпадает 75% годовой нормы осадков и создается избыточное увлажнение. На равнинах Индии по мере продвижения на север мощность экваториального муссона убывает, дождливый сезон становится короче, количество осадков уменьшается от 1000 - 1500 мм до 300 - 400 мм.

На плоскогорье Декан продолжительность сезона дождей уменьшается с юга на север (от 8 до 4 месяцев в Дели).

В предгорьях и на склонах Гималаев осадки достигают предельного для Земли количества. Рекорд принадлежит Черрапунджи, на плато Шиллонг, на высоте 1013 м над уровнем моря, где в среднем за год выпадает около 11 тыс. мм, а в отдельные годы почти 23 тыс. мм. Это одно из самых влажных мест на Земле.

 

 

СУБЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ ОКЕАНИЧЕСКИЙ КЛИМАТ характеризуется также сезонной сменой преобладающих воздушных течений. В зимние месяцы вероятность дождливой погоды значительно меньше, чем в летние. Разное количество осадков выпадает в Аравийском море и Бенгальском заливе, над поверхностью которых зимой распространяется сухой континентальный тропический воздух с материка. Летом юго-западный муссон несет дожди.

В субэкваториальном климате над океанами в конце весны, летом и осенью систематически зарождаются тропические циклоны, которые часто достигают Юго-Восточной Азии и Центральной Америки. Для тропических циклонов характерны ветры ураганной силы и исключительно сильные дожди (ливни), что часто вызывает катастрофические наводнения. В Аравийском море и Бенгальском заливе тропические циклоны возникают перед началом юго-западного муссона и после его окончания.

 

 

В ФОРМИРОВАНИИ ТРОПИЧЕСКОГО КЛИМАТА НА КОНТИНЕНТАХ главная роль принадлежит солнечной радиации, а на океанах — пассатной циркуляции. Внутри тропического пояса часто развиваются тропические циклоны, а над океанами области, обращенные к полюсам, испытывают влияние циклонов, которые образуются в умеренных широтах.

Климат пустынь и полупустынь Африки, Аравии, Австралии и Америки — континентальный тропический. Воздух здесь сухой, запыленный, с высокими температурами: летом среднемесячные температуры составляют от +26°С до +35°С, зимой — от +12°С до +20°С. Именно в этом климате в Ливийской пустыне был зарегистрирован абсолютный максимум температуры для земного шара — около +58°С. Самая большая территория, где господствует этот климат, — пустыня Сахара. В ее центральной части круглый год ясное небо, а годовая сумма солнечной радиации достигает предельной для земного шара величины — 104 мДж/м² в год. Солнце нещадно палит днем, каменистая и песчаная поверхность почвы раскаляется до +70°С, а иногда до +90°С, ночью почва быстро охлаждается до +10°С, +15°С. Вода встречается только в оазисах и редких колодцах. Годовое количество осадков — менее 100 мм, и выпадают они не каждый год. Иногда сюда проникают холодные воздушные массы из умеренных широт.

 

 

В САХАРЕ большую часть времени дует «горячий» северо-восточный ветер харматан. Он выносит на Атлантический океан горячий тропический воздух, наполненный пылью. На западном побережье Африки харматан дует в среднем в течение 100 дней в году, при этом за сутки на 1 м² поверхности земли осаждается от 1 до 4 кг пыли. В течение года харматан переносит около 36 млрд т пыли. Поднятую харматаном пыль отмечали даже в Центральной Америке. Над Атлантическим океаном запыленный тропический воздух образует в небе так называемое «море мрака», которое растягивается на несколько сотен километров от побережья. Воздух там настолько насыщен пылью, что на солнце можно смотреть невооруженным глазом. В Сахаре и Аравии в конце зимы, весной и в начале лета возникают опасные пыльные и песчаные бури — самум и хамсин, поднимающие в воздух и переносящие огромные количества песка и пыли. Кроме того, Сахара — родина знаменитого сирокко — удушающего, обжигающего ветра южных румбов, захватывающего весь Средиземноморский бассейн и Северную Африку. Насыщенный красной и белой пылью пустынь, он приносит в Западную и реже Восточную Европу «кровавые» и «молочные» дожди.

 

 

ТРОПИЧЕСКИЙ КЛИМАТ НА ЗАПАДНЫХ ПОБЕРЕЖЬЯХ МАТЕРИКОВ формируется там, где соседствуют материковые и морские пустыни. В качестве примера назовем Сахару и северо-восточный пассат над Канарским холодным океаническим течением, который дует на восточной периферии субтропического антициклона. Постоянный приток относительно холодного для тропиков воздуха в сочетании с охлаждающим влиянием холодных океанических течений, омывающих западные берега материков, создает низкую для тропических широт температуру (+17°С, +19°С) и высокую влажность воздуха (80 - 90%). Большая влажность — причина частых туманов и низкой облачности, не дающей осадков. Удивительны здешние контрасты: тропики и низкие температуры, вечно пасмурное небо и ни капли дождя. Это характерно для побережья Южной Америки в пустыне Атакама.

 

 

ТРОПИЧЕСКИЙ ОКЕАНИЧЕСКИЙ КЛИМАТ захватывает огромные пространства в тропическом поясе. Этот климат формируется в субтропических антициклонах, господствующих в этих широтах.

В антициклонах наблюдается опускание воздуха, особенно в восточной части. Этот процесс препятствует развитию кучевых и кучево-дождевых облаков и выпадению осадков. Очень бедны осадками восточные окраины океанов, где проходят холодные океанические течения. Вероятность дождливой погоды здесь меньше 5%, а вблизи побережья Африки и Америки она составляет 1%. Таким образом, в тропиках над океанами располагаются морские пустыни, которые похожи на пустыни материков отсутствием дождей, но температуры тут значительно более низкие и при большой влажности очень небольшая разница между дневными и ночными температурами.

 

 

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ СУБТРОПИЧЕСКИЙ КЛИМАТ формируется в центральных районах Азии и Северной Америки. Здесь круглый год стоит ясная погода, осадки выпадают редко. Годовые суммы осадков на равнинах составляют 100 - 300 мм, на наветренных склонах гор они равны 500 мм, а в верхних зонах гор — более 2000 мм. Летом в этом климате сухо и жарко. Средние температуры +25°С, +35°С, а средние максимальные температуры, например в Средней Азии, составляют +40°С, +44°С.  Абсолютные  же  максимумы в пустынях достигают +48°С, +50°С. В Большом Бассейне (США) температура может подниматься до +50°С, а в Долине Смерти (Калифорния) отмечен абсолютный максимум для Америки +56,7°С. Таким образом, летом в континентальном субтропическом климате формируется тропический воздух, а притекающий из умеренных широт воздух быстро приобретает все свойства тропического воздуха, как в континентальном тропическом климате.

Зимой климат здесь полностью меняется и приобретает все черты климата умеренных широт. Субтропики становятся ареной противоборства воздуха умеренных широт, вторгающегося сюда из умеренной зоны, с тропическим воздухом, приходящим из тропиков. Особо мощные меридиональные воздушные течения приносят сюда и арктический (антарктический) воздух. В результате среднемесячные зимние температуры, например даже в Средней Азии, равны 0 или -2°С, на северо-западе КНР -10°С, а средние многолетние минимальные температуры на севере Средней Азии достигают -30°С, а на юге -10°С. Понижения температуры до нуля и выпадение снега наблюдаются на побережье Мексиканского залива, в Израиле, Сирии, на крайнем юге Средней Азии, но устойчивого снежного покрова не образуется. И напротив, распространение тропического воздуха вызывает оттепели с температурами зимой от +10 до +15°С или обильные снегопады, что приводит иногда к стихийным бедствиям.

 

 

СУБТРОПИЧЕСКИЙ ОКЕАНИЧЕСКИЙ КЛИМАТ полностью определяется закономерностями общей циркуляции атмосферы. Зимой здесь непрерывно образуются циклоны. Они несут ненастную погоду, а штормовые ветры поднимают огромные океанские волны. Летом пути циклонов смещаются в более высокие широты, а их место занимают субтропические антициклоны, несущие преимущественно ясную погоду.

 

 

УМЕРЕННЫЙ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ КЛИМАТ формируется только в Северном полушарии. В Евразии этот климат характерен как для востока Франции, так и для восточных горных хребтов Якутии и Магаданской области. Наиболее ярко он выражен в Сибири и Забайкалье. В Северной Америке горные хребты Кордильер отделяют узкое западное побережье с морским климатом от внутриматериковых районов с континентальным климатом. В отличие от Северной Америки Европа открыта для свободного проникновения морского воздуха с Атлантического океана. Этому способствует не только господствующий в умеренных широтах перенос воздушных масс с запада, но и равнинный рельеф, сильная изрезанность побережий и глубоко вдающиеся в сушу Балтийское и Северное моря, их проливы и заливы. По мере продвижения атлантического воздуха в глубь материка он превращается в континентальный, и климат становится суровее. В январе температура: в Берлине 0°С, в Варшаве -3°С, в Москве -11°С, в Новосибирске -19°С. В зимние месяцы происходит остывание земной поверхности и воздуха, что является причиной образования Азиатского (Сибирского) антициклона, когда воздух охлаждается в среднем до -30°С, -40°С. Азиатский антициклон охватывает всю Восточную и Западную Сибирь, Монголию и Казахстан, а временами распространяется на юго-восточную Европу, поэтому даже в Бухаресте температура воздуха в январе равна -3°С, т. е. как в Варшаве, которая расположена на 1000 км севернее.

Из-за меньших размеров Северной Америки и частого прохождения циклонов зимний Канадский антициклон менее устойчив по сравнению с Азиатским. Зимы здесь менее суровы, и суровость зим не возрастает к центру материка, как в Азии, а даже несколько уменьшается из-за частых вторжений тропического воздуха с Мексиканского залива. Частые зимние циклоны приводят к резким колебаниям температуры, особенно на севере Европы, в Западной Сибири и Канаде. Например, в Москве температура воздуха в январе может изменяться в течение нескольких дней более чем на 10°. Оттепели могут сменяться сильными морозами (до -30°С и ниже). Зимой осадки выпадают в виде снега и устанавливается снежный покров, который предохраняет почву от глубокого промерзания и создает запас влаги весной. Устойчивый снежный покров образуется к востоку от Варшавы, и максимальная его высота достигает 90 см в восточных районах Европы и в Западной Сибири. Летом, как и зимой, в Европу проникает морской умеренный воздух, но в это время года он холоднее воздуха, который перед этим был на материке. Кроме того, летом довольно часто с севера приходит арктический воздух. Однако большое количество солнечного тепла летом быстро прогревает поступающие на материк Евразии холодные воздушные массы, которые превращаются в теплые континентальные. Лето обычно теплое, средняя месячная температура в июле в Берлине +18,3°С; в Варшаве +19°С; в Москве +18,1°С; в Новосибирске +18,7°С; над всей Евразией — от +16°С до +22°С.

Годовое количество осадков изменяется от 300 до 800 мм, на наветренных склонах Альп — более 2000 мм. Большая часть их выпадает летом. В Евразии количество осадков уменьшается с запада на восток, в Северной Америке — наоборот. На юго-востоке Европы и в южных районах умеренного пояса Азии, где выпадает менее 400 мм, возможное испарение превышает осадки и естественное увлажнение оказывается недостаточным. Здесь часто возникают засухи.

 

 

ДЛЯ УМЕРЕННОГО ОКЕАНИЧЕСКОГО КЛИМАТА характерны небольшая разница между среднемесячными температурами зимы и лета, равномерное распределение осадков в течение года и большая скорость ветра. Особенно сильными ветрами отличаются умеренные широты Южного полушария, благодаря чему они получили название «ревущие сороковые». Часты туманы, которые возникают в местах сближения теплых и холодных океанических течений. Одним из наиболее туманных мест в мире считается район острова Ньюфаундленд в Атлантическом океане, где сближаются воздух над теплым течением Гольфстрим и холодный воздух, который образуется над холодным Лабрадорским течением.

 

 

В КОНТИНЕНТАЛЬНОМ СУБАРКТИЧЕСКОМ КЛИМАТЕ различие температурного режима между летом и зимой достигает предельной для земного шара величины. Например, в Верхоянске разница между самым теплым месяцем (июль) и самым холодным (январь) равна 63,8 °С. Эту разницу называют годовой амплитудой температуры, и в Азии в этом климате она составляет 60 - 65°С. Длинные полярные ночи и низкая высота солнца зимой обусловливают отрицательный радиационный баланс и сильное охлаждение земной поверхности, поэтому в условиях ясной погоды воздух над сушей сильно остывает и средняя температура в январе составляет от -28°С до -50°С. В низинах и котловинах, где воздух застаивается и его остывание более продолжительное, температура опускается еще ниже. В Оймяконе (Якутия) зарегистрирована температура -70°С. Это полюс холода Северного полушария. Зимой в крупных населенных пунктах часто образуются туманы, которые создает сам город, выбрасывая в атмосферу водяной пар. Лето здесь короткое и довольно теплое. Средние температуры в Азии составляют от +12°С до +18°С; дневные максимумы — от +20°С до +25°С. На равнинах выпадает 200 - 300 мм осадков в год, большая половина которых бывает летом.

Субарктический климат в Америке менее континентален по сравнению с Азией: там менее суровая зима и более холодное лето. Слабые ветры наблюдаются только во внутренних районах Аляски, а на северо-востоке Канады ветры часто достигают силы шторма. До 90 дней в году бывают бури.

 

 

ОКЕАНИЧЕСКИЙ СУБАРКТИЧЕСКИЙ (СУБАНТАРКТИЧЕСКИЙ) КЛИМАТ характеризуется весьма переменчивой погодой во все сезоны года, так как он образуется благодаря частым циклонам, которые обычно перемещаются с запада на восток, особенно в Южном полушарии. Морской арктический или антарктический воздух по температуре не очень отличается от морского воздуха умеренных широт, поэтому их смена при развитии циклонов не создает резкого различия между температурами летних и зимних месяцев. Таким образом, разница между температурами летних и зимних месяцев над океанами составляет 15 - 16°С, а вблизи побережья — около 20 - 25°С, и зима оказывается относительно мягкой. Однако лето настолько прохладное, что на островах не растут деревья и преобладает тундра.

В арктическом (антарктическом) климате полярные шапки получают солнечную радиацию только в летнее время, а земная поверхность теряет тепло за счет излучения в течение всего года. В результате радиационный баланс большую часть года и в целом за год — отрицательный. Летом он мал из-за большой отражательной способности снега, при этом большая часть радиационного тепла летом расходуется на таяние снега и льда, так что температура воздуха остается низкой: в Арктике — около 0°, в Антарктиде — от -30°С до -35°С.

Осадков выпадает мало, но вместе с конденсацией влаги на поверхности снега в совокупности они значительно превосходят испарение.

 

 

В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ Антарктического континента на высоте 3000 - 3200 м над уровнем моря царит вечный холод: средняя температура самого теплого месяца здесь -32°С, -30°С, а в самые холодные месяцы -70°С, -72°С. Именно тут, на станции «Восток», российские полярники измерили самую низкую на поверхности Земли температуру — около -90°С. Это полюс холода Земли. На плато преобладает ясная погода со слабым ветром. Осадки бывают только в виде изморози, их годовое количество не превышает 40 - 50 мм.

 

 

Совсем другие условия на ледниковом склоне. Температура воздуха тут отрицательна в течение всего года, но сильный ветер, несущийся со скоростью 15 - 30 м/с, создает невыносимые условия для человека. Районы побережья Антарктиды — самые неспокойные на Земле: 250 - 340 дней со штормами! Скорость ветра достигает ураганной силы — 90 м/с. Небольшие участки побережья, свободные ото льда, называются антарктическими оазисами. Это выходы коренных пород, которые располагаются на ледоразделах между гигантскими ледниками, которые движутся из глубины материка к океану. В декабре на обнаженной ото льда и снега поверхности оазисов радиационный баланс достигает больших величин (420 мДж м² в месяц), в результате температура почвы «повышается» до +25°С, +30°С и образуются кучевые облака, весьма необычные для Антарктиды. Эти островки тепла обогревают лежащую рядом ледяную пустыню.

 

 

ЗЕМНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ В АРКТИКЕ представлена в основном многолетними льдами толщиной до 3 - 4 м и отдельными нагромождениями льда (торосами) высотой до 20 - 25 м.

Зимой атлантические и тихоокеанские циклоны проникают в приполюсные районы Арктики, принося с собой теплые воздушные массы из умеренных широт, что смягчает климат Арктики. Зимой наиболее теплым является атлантический сектор Арктики, а наиболее холодным — район, прилегающий к Азии и Северной Америке. В приполюсном районе температура воздуха в январе -32°С, -34°С. Летом солнечное тепло расходуется на таяние снега и льда. За это время стаивает 50 - 60 см льда. В результате температура воздуха над тающим льдом даже в самые теплые месяцы — в июле и августе близка к нулю.

В Центральной Арктике осадки часты, но интенсивность их мала. Годовое их количество не превышает 150 мм. В окраинных районах Арктики осадки увеличиваются до 300 мм, а в атлантическом секторе — до 800 мм. Выпадение осадков часто сопровождается метелями.

 

 

В ГРЕНЛАНДИИ, поверхность которой, как и Антарктида, покрыта ледяным щитом, формируется континентальный климат. Климат Гренландии суровый. Здесь в течение всего года отрицательные температуры: летом — от -10°С до -15°С; зимой — от -45°С до -50°С. Понижения температуры доходили до -65°С. В Гренландии самая низкая для Северного полушария средняя годовая температура воздуха -32,2°С.

На южном и восточном побережьях острова, где чаще проходят циклоны, годовое количество осадков составляет 800 - 1000 мм, но на севере оно уменьшается до 100 мм. На всей прибрежной полосе острова часто дуют ветры. Часты метели, особенно зимой.
 

 

Особый микроклимат существует в городах. Город состоит из искусственной и твердой поверхности: асфальт, бетон, кирпич, камень, стекло, которые не могут впитывать атмосферную влагу, и все выпадающие осадки удаляются через стоки, что приводит к иссушению не только самой поверхности, но и воздуха города. Сухость городской атмосферы подтверждается более низкой (абсолютной и относительной) влажностью и очень редкими туманами в больших городах.

В городе всегда теплее по сравнению с пригородом в любое время года. Причина тому — выброс в атмосферу большого количества тепла: отопительные системы, промышленные и бытовые предприятия, прогреваемые здания, асфальт улиц и, конечно, автотранспорт. Любой достаточно большой город с высотной жилой застройкой, высоким промышленным потенциалом и большим количеством жителей является «островом тепла». Разность температур воздуха в городе и пригороде может достигать десятков градусов и возрастать постепенно от пригорода к центру города. В зимнее время в сибирских городах разность температур возрастает до 10 - 15°С. Чем менее озеленен город и чем меньше в нем водоемов, тем меньше испарение, поглощающее тепло из воздуха.

 

 

Для северных городов это положительный фактор. В южных же городах население испытывает дискомфорт из-за высоких температур, потому и приходится прибегать к кондиционированию жилых помещений. Температурное поле в городе довольно пестрое. Это связано в первую очередь с многообразием условий облучения прямыми солнечными лучами. В результате вертикальной архитектуры городские застройки зданий затеняют улицы и друг друга. Поэтому в городском строительстве всегда учитывается солярная экспозиция и продолжительность облучения как на улице, так и в квартирах.

В городском микроклимате немаловажную роль играет ветер. Именно в городах есть улицы, направление которых совпадает с преобладающим направлением ветров, где скорость их всегда велика. В то же время в защищенных от ветра дворах всегда тихо. При проектировании городских кварталов и иных объектов учитывается не только естественная освещенность, но и ветровой режим (свободная планировка зданий). Учет особенностей ветрового режима в городе необходим еще по одной, очень важной причине — это загрязнение воздуха. Именно ветровому перемешиванию и выносу примесей от источника их выброса принадлежит главная роль.

 

 

ГОРОДСКОЙ ВОЗДУХ — это примеси, которые содержатся в городской воздушной среде из-за функционирования многочисленных промышленных предприятий, хозяйственной деятельности городских служб и, конечно, автотранспорта. Таким образом, в городском воздухе большое количество углекислоты, сернистых соединений, целый ряд вреднейших веществ искусственного происхождения и сильнейшие окислители, а также огромное количество взвешенных капелек солей, щелочей и кислот (влажный аэрозоль) и более крупных несмачиваемых частиц пыли, пепла, песка, сажи (сухой аэрозоль). Многие примеси активно поглощают солнечную и атмосферную радиацию, еще более повышая температуру воздуха. Все примеси активно перемешиваются вертикальными токами, которые развиваются в атмосфере города, более крупные осаждаются на поверхности, загрязняя ее, а мелкие уносятся вверх, вступают в химические реакции, увеличивая и без того высокую концентрацию загрязняющих воздух веществ во всем слое городской атмосферы.

Примесь в воздухе иногда достигает очень высоких концентраций, во много раз превышающих предельно допустимые. Степень загрязнения воздушной среды в городе во многом определяется погодой. Лучше всего очищается воздух, когда дует сильный ветер или выпадают осадки. Снег и дождь, особенно затяжной, хорошо промывают атмосферу, захватывая примесь и осаждая ее на поверхность или вступая с ней в химическую реакцию. Но в тихую погоду вредные примеси накапливаются в воздухе. Если потенциал загрязнения воздуха очень высок и влажность воздуха большая, то особенно активно идут окислительные процессы и образуется смог («дымный туман»). Ярким примером может служить лондонский смог прошлого столетия, когда отопительные системы работали на угле. С переходом на газовое отопление воздушная среда в городах заметно улучшилась. Но появилась другая опасность — резко возросшее количество транспортных средств, сильно загрязняющих воздух в самом нижнем слое, у земной поверхности.

 

 

Биосфера — оболочка Земли, где распространена жизнь и где существует «живое вещество», определяющее химический состав и энергетические процессы в атмосфере, гидросфере, верхнем слое литосферы и в почвенном покрове. Иначе говоря, биосфера — единая динамическая система на поверхности Земли, созданная и регулируемая жизнью. Биосфера — среда обитания живых организмов.

 

 

БИОСФЕРА как специфическая земная оболочка объединяет нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы) — так называемую тропосферу, где активная жизнь может существовать до высоты 10 - 15км; всю водную оболочку (гидросферу), в которой жизнь проникает до наибольших глубин Мирового океана, превышающих 11 км; верхнюю часть твердой оболочки (литосферы) — кору выветривания, имеющую мощность обычно 30 - 60 м, а иногда 100 - 200 м и более. (Корой выветривания называют совокупность геологических отложений, образованных продуктами разложения и выщелачивания горных пород различного состава, которая остается на месте ее возникновения или перемещается на небольшое расстояние, но не утрачивает связи с «материнской» породой.) За пределами коры выветривания жизнь может быть обнаружена лишь в отдельных случаях. Так, на глубине более 4500 м в нефтеносных водах найдены микроорганизмы. Если включить в биосферу и слои атмосферы, в которых возможно существование покоящихся зачатков организмов, то по вертикали она достигнет 25 - 40 км. Установленные на ракетах специальные ловушки обнаружили наличие микроорганизмов и на высотах до 85 км.

Жизненные процессы оказывают влияние не только на области, где протекает активная жизнь, но и на верхние слои литосферы — стратосферу, минералогический и элементный составы которой сформированы биосферами геологического прошлого. Мощность стратосферы, по В. И. Вернадскому, 5 - 6 км. Создают стратосферу в основном организмы, вода и ветер, который перерабатывает и перемещает осадочные породы после их поднятия над водой. В пределах биосферы существуют области, где активная жизнь невозможна. Так, в верхних слоях тропосферы, а также в наиболее холодных и жарких районах земного шара организмы могут существовать лишь в состоянии покоя. Совокупность этих областей биосферы называют парабиосферой. Однако и в тех областях биосферы, где организмы могут существовать в активном состоянии, жизнь распределена неравномерно.

 

 

«НЕПРЕРЫВНЫЙ СЛОЙ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА», как его называл В. И. Вернадский, занимает водную толщу и узкой полосой простирается между литосферой и тропосферой, включая в свой состав почву и подпочву с находящимися в них корнями растений, грибами, микроорганизмами и почвенными животными, и приземную часть тропосферы, где располагаются надземные части растений и переносится основная масса их пыльцы, спор и семян. Этот «непрерывный слой живого вещества» назван фитосферой (или фитогеосферой), поскольку в нем основными накопителями энергии являются растения. Мощность фитосферы велика только в области океанов, где она чуть выше 11 км, а на суше она измеряется метрами или десятками метров и лишь в отдельных, небольших по площади регионах возрастает до 100 - 150 м.

При этом в литосфере и гидросфере, а также на границе с тропосферой организмы осуществляют весь цикл развития, в то время как в самой тропосфере живые существа могут находиться лишь временно, так как размножаться они здесь не могут.

 

OCHOBHЫE ПРИЗНАКИ БИОСФЕРЫ как оболочки Земли: 1. Химический состав, созданный жизнедеятельностью живых организмов. 2. Присутствие жидкой воды в значительных количествах. 3. Мощный поток энергии от Солнца. 4. Наличие поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях. Для современной биосферы очень важно также присутствие свободного кислорода.

Жизнь, совокупную деятельность всех организмов на Земле В. И. Вернадский считал наиболее мощным геохимическим фактором, преобразующим поверхность Земли, энергетическим фактором планетарного масштаба и значения. В. И. Вернадский понимал под биосферой все те слои земной коры, которые в течение всей геологической истории подвергались влиянию активности организмов.
 

 

Биосфера — это сложная термодинамически открытая система на поверхности Земли, действующая благодаря энергии Солнца и жизнедеятельности живых организмов, аккумулирующая и перераспределяющая огромные потоки вещества и энергии. Этот процесс возможен только благодаря химическим свойствам циклических, или органогенных элементов, названных так В. И. Вернадским в его геохимической классификации элементов за их способность к многочисленным химическим обратимым процессам, а геохимическая история всех этих элементов может быть выражена циклами.

 

 

ПОНЯТИЕ «ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО» и весь комплекс представлений о его геохимической деятельности введены в науку В. И. Вернадским. В 1919 г. он писал: «Под именем живого вещества я буду подразумевать всю совокупность всех организмов, растительности и животных, в том числе и человека. С геохимической точки зрения эта совокупность организмов имеет значение только той массой вещества, которая ее составляет, ее химическим составом и связанной с ней энергией».

Тогда же ученый впервые высказал мысль о совместном нахождении химических элементов в живом веществе, которое определяется биологическими свойствами организмов, а не химическими свойствами элементов.

 

 

ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ из 105 химических элементов обязательны шесть — углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера. Для них характерны малый атомный вес, легкость отдачи и присоединения электронов. Главный элемент среди них — углерод. Благодаря способности атомов соединяться в цепи углерод может образовывать бесконечное множество соединений. Остальные пять элементов также чрезвычайно легко образуют общие электронные пары с атомами других элементов, в том числе и друг с другом. Что касается количества накапливаемых элементов, то 99,9% живой массы организмов составляют следующие элементы: Н, С, N, О, Na, Mg, P, S, CI, К, Ca, Fe. Все они относятся к первым 26 элементам периодической системы, на что обратил внимание еще Д. И. Менделеев. Живая масса на 99% образована всего четырьмя элементами — Н, С, N, О, которые отличаются высокой реакционноспособностью, имеют хорошо растворимые соединения и активно взаимодействуют с углеродом.

 

 

БИОСФЕРЕ круговорот элемента будет быстрым и устойчивым только в том случае, если этот элемент не только растворим, но и летуч, т. е. если одно из его соединений может, подобно воде, возвращаться на сушу через атмосферу. Таких элементов в биосфере не менее трех: углерод, азот и сера. Среди их «воздушных» соединений — двуокись углерода (СО₂), метан (СН₄), свободный азот (N₂), аммиак (NH₃), сероводород (H₂OS) и двуокись серы (SО₂). Интересно, что в процессе круговорота углерод, азот и сера меняют свою валентность. Все они находятся в биосфере в более восстановленной форме, чем в окружающем мире. В обмене веществ между живой и неживой природой наиболее важно перераспределение газов. Растения, синтезируя органическое вещество, поглощают из атмосферы углекислый газ и выделяют кислород. Связывание в органическом веществе 1 г углерода сопровождается выделением 2,7 г кислорода. С 1 га луга за год в атмосферу выделяется 10 - 12 тыс. м³ кислорода.

 

 

ВАЖНЕЙШАЯ СТАДИЯ круговорота — восстановление двуокиси углерода. По существу, это реакция присоединения водорода, дающая в результате формальдегид. Источником водорода служит дегидрирование воды (отнятие у нее водорода), при этом попутно освобождается кислород. Такой способ накопления энергии химических связей свойствен только зеленым растениям, но аккумулированная энергия становится пригодной для других жизненных реакций и для функционирования трофических (пищевых) цепей. Углерод, фиксированный растениями и использованный затем не только ими, но и животными, возвращается во внешнюю среду, где может включиться в любой из геохимических круговоротов. Напомним, что для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. В ней в значительных количествах содержится жидкая вода, биосфера принимает на себя мощный поток энергии солнечных лучей, в биосфере лежат поверхности раздела между веществами, находящимися в одной из трех фаз — твердой, жидкой и газообразной. Благодаря этому для биосферы характерен непрерывный круговорот вещества и энергии.

 

 

Поток солнечной энергии на верхней границе атмосферы, включая волны любой длины, составляет в среднем 700 ккал/см² в сутки. Около 55 ккал/см² в год энергии видимой части спектра достигает земной поверхности и частично используется организмами.

 

 

СПОСОБНОСТЬ НАКАПЛИВАТЬ ЭНЕРГИЮ солнечного света в органическом веществе называется продуктивностью живых организмов. Проникая из космоса в биосферу, энергия накапливается при помощи растений не только в самих растениях, но и в животных, почвах, в минералах земной коры, приземном слое воздуха и водах. Следовательно, в биосфере благодаря деятельности организмов, в первую очередь хлорофиллоносных растений, идет грандиозный процесс постепенного накопления запасов энергии, что замедляет процессы энтропии (от греч. entropia — поворот, превращение) — рассеивание энергии, излучение ее Землей в космическое пространство. Скорость процессов обмена веществ, происходящих на нашей планете, кажется не совместимой с незначительной массой живого вещества, которая составляет лишь около 0,01% массы земной коры в слое 16 км.

 

 

КОГДА ГОВОРЯТ ОБ ИЗМЕНЕНИИ биомассы и биологической продукции, используют такие понятия, как «продуктивность» и «первичная валовая продукция». Биомасса — это масса всех организмов, присутствующих в экосистеме в момент наблюдения. Биомасса может быть выражена числом особей, а также в весовых и энергетических единицах (калориях).

Продуктивность — это скорость продуцирования биомассы. Первичной продуктивностью называется скорость, с которой продуценты (зеленые растения) в процессе фотосинтеза связывают энергию и запасают ее в форме органических веществ; эти вещества могут быть использованы растительноядными организмами, т. е. консументами, в качестве пищи.

Первичной валовой продукцией называют суммарную продукцию фотосинтеза (суммарную ассимиляцию), включающую, следовательно, и вещество, сжигаемое при дыхании за период наблюдения. Чистая первичная продуктивность, или фотосинтез, — это скорость накопления создаваемого органического вещества сверх того, которое затрачено на дыхание; чистая продукция (Пч) — это вещество, которое, например, можно взвесить после уборки урожая зерновых. Наконец, термин вторичная продуктивность предназначен для биомассы, продуцируемой консументами.

Продуценты начинают собой трофические (пищевые) цепи, т. е. соподчиненные ряды организмов. В таком ряду одни организмы служат пищей другим, а их в свою очередь поедают третьи.

Трофические цепи образуют последовательность иерархических уровней — от уровня создания продукции до нескольких уровней потребления.

Биомасса какого-либо трофического уровня характеризуется некоторым количеством энергии, накопленной на этом уровне.

 

 

В СООТВЕТСТВИИ СО ВТОРЫМ ЗАКОНОМ термодинамики при переходе потока энергии с одного уровня на другой значительная часть потенциальной энергии теряется. Так, всего лишь 1% общего количества солнечной энергии, попадающей на растение, идет на фотосинтез. Судьба органического вещества какого-либо трофического уровня, которое служит кормом для организмов вышестоящего уровня, неоднозначна: большая его часть выбрасывается в форме экскрементов, становящихся началом цепей питания сапрофагов (от греч. sapros — гнилой и phagos — пожиратель); значительная доля пищи сгорает в процессе дыхания, остальная служит материалом для образования новой протоплазмы. Таким образом, в потоке сохраняется лишь малая часть потенциальной энергии предыдущего уровня, тогда как большая рассеивается в форме тепла. Следовательно, с переходом от одного уровня к другому продуктивность весьма ощутимо снижается.

 

 

ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ можно разделить на три важнейшие группы: цепи хищников начинаются продуцентами, ассимилирующими минеральные вещества из абиотической среды, и продолжаются растительноядными, поедающими продуцентов и в свою очередь служащими кормом для мелких хищников, которых пожирают более крупные, и т. д.;

Цепи паразитов начинаются организмами относительно крупного размера и продолжаются более мелкими; цепи сапрофагов начинаются мертвым органическим веществом и продолжаются чаще всего грибами, которых используют в пищу животные и микроорганизмы. Один и тот же продуцент может служить кормом для различных растительноядных, а они в свою очередь — для разных хищников.

Вследствие этого в биоме создается сложное множество кормовых цепей, которые, переплетаясь между собой, образуют трофическую (кормовую) цепь.

Поток энергии, проходящий через трофический уровень, представляет собой сумму продуцируемой биомассы и веществ, затраченных в процессе продуцирования на дыхание.

 

 

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ, достигающая поверхности Земли в течение года, исчисляется величиной порядка 5 х 1020 ккал. В средних широтах это обеспечивает приток тепла около 9 млрд кал на 1 га в год. С какой же эффективностью используют эту энергию различные экосистемы? Так, 1 га леса в среднем дает 6 т древесины и 4 т листвы, что при сжигании дает 46 млн ккал. Если сопоставить полученные 9 млрд кал с удержанными 46 млн ккал, то эффективность составит около 0,5%. Эти цифры определяют чистую продуктивность; валовая продуктивность существенно больше. Активность экосистемы меняется. Например, для букового леса она достигает максимума при возрасте деревьев 40 - 60 лет. В этот момент листья бука синтезируют 23,5 т вещества на 1 га в год. Однако большая часть этого вещества тратится на дыхание и уходит с опадающими листьями и другими частями дерева.

Сравнение поверхности листвы деревьев умеренных и тропических широт показывает, что тропическая растительность на плодородных почвах и при хорошем снабжении водой в 2 - 2,5 раза продуктивнее, чем растительность умеренных областей.

 

 

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ зависит и от географических условий местности, и в исключительно благоприятные годы она может значительно повыситься. Максимальные урожаи пшеницы составляют 11,9 т с 1 га, а сахарной свеклы — 28 т с 1 га. Огромное значение имеет водоснабжение в семиаридных (от лат. aridus — сухой) зонах. В южноафриканских степях, где количество осадков изменяется от 100 до 600 мм, продуктивность надземных органов растений колеблется от 1 до 6 т сухого вещества на 1 га. Следовательно, за счет каждых 100 мм осадков продуцируется 1 т сухого вещества.

Таким образом, смена климатических зон обусловливает значительные изменения продуктивности экосистем. Заметим, что продуктивность созданных человеком экосистем зачастую не только не уступает естественным, но может достигать и рекордных показателей, как, например, в случае с сахарным тростником.
 

 

Ив наши дни растения и животные преобразуют природную среду. Примером тому могут служить коралловые рифы в океане, отложения торфа на болотах, распространение лишайников, расселение водорослей, разрушающих горы, и микроорганизмов. В биологическом круговороте участвуют практически все химические элементы периодической системы Д. И. Менделеева, но среди них выделяются основные, жизненно необходимые.

 

 

УГЛЕРОД. Источники углерода в природе столь же многочисленны, сколь и разнообразны. Между тем только углекислота, находящаяся либо в газообразном состоянии в атмосфере, либо в растворенном состоянии в воде, представляет собой тот источник углерода, который служит основой для переработки его в органическое вещество живых существ. Захваченная растениями углекислота в процессе фотосинтеза превращается в сахар, а другими процессами биосинтеза преобразуется в протеиды, липиды и т. д. Эти различные вещества служат углеводным питанием животным и незеленым растениям. С другой стороны, все организмы дышат и выбрасывают в атмосферу углерод в форме углекислоты. Когда же наступает смерть, то сапрофаги разлагают и минерализуют трупы, образуя цепи питания, в конце которых углерод нередко вновь поступает в круговорот в форме углекислоты (так называемое «почвенное дыхание»).

Накапливающиеся мертвые растительные и животные остатки замедляют круговорот углерода: животные-сапрофаги и сапрофитические микроорганизмы, обитающие в почве, превращают накопившиеся на ее поверхности остатки в гумус. Скорость воздействия организмов на гумус далеко не одинакова, а цепи грибов и бактерий, приводящие к окончательной минерализации углерода, бывают различной длины. Как правило, гумус разлагается быстро. Иногда цепь может быть короткой и неполной. В этом случае цепь консументов лишается возможности действовать из-за недостатка воздуха или слишком высокой кислотности, в резулътате чего органические остатки накапливаются в форме торфа и образуют торфяные болота. В некоторых торфяных болотах с пышным покровом из сфагновых мхов слой торфа достигает 20 м и более. Здесь круговорот и приостанавливается. Скопления ископаемых органических соединений в виде каменного угля и нефти свидетельствуют о том, что круговорот замедлился в масштабах геологического времени.

В воде также происходит замедление круговорота углерода, поскольку углекислота здесь накапливается в виде мела, известняка, доломита или кораллов. Часто эти массы углерода остаются вне круговорота в течение целых геологических периодов, пока они не поднимутся над уровнем моря. С этого момента в результате растворения известняка атмосферными осадками и подземными водами или под воздействием лишайников, а также корней цветковых растений начинается включение углерода и кальция в круговорот.

 

 

АЗОТ. Круговорот азота довольно сложен. Атмосфера содержит 78% азота, однако, для того чтобы он мог быть использован подавляющим большинством живых организмов, он должен быть зафиксирован в виде определенных химических соединений. Фиксация азота происходит в процессе вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере, при сгорании метеоритов. Однако несравненно большее значение в процессе фиксации азота имеют микроорганизмы как свободно живущие, так и обитающие на корнях, а иногда и на листьях некоторых растений.

Из свободно живущих бактерий азот фиксируют аэробные организмы (т. е. обитающие при доступе кислорода), а также анаэробные (т. е. обитающие без доступа кислорода). Количество азота, фиксируемого такими свободно живущими бактериями, составляет от 2 - 3 кг до 5 - 6 кг на 1 га в год. Определенную роль в фиксации азота играют, видимо, обитающие в почве сине-зеленые водоросли.

Поступая в почву с продуктами обмена веществ и остатками растений и животных, органические вещества разлагаются до минеральных, при этом бактерии переводят азот органических веществ в соли аммония. Способность азота в широких пределах менять валентность определяет его специфическую роль в создании разнообразных органических соединений.

 

 

БОЛЬШОЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ на поверхности земного шара хорошо известен. Вызываемое солнечной энергией испарение с водных пространств создает атмосферную влагу. Эта влага конденсируется в виде облаков, переносимых ветром. При охлаждении облаков выпадают осадки в виде дождя и снега. Осадки поглощаются почвой или стекают по ее поверхности. Вода возвращается в моря и океаны.

Количество воды, испаряемой растениями, обычно велико. Если влаги и воды для растений много, испарение увеличивается.

Одна береза испаряет за день 75 л воды, бук — 100 л, липа — 200 л, а 1 га леса — от 20 до 50 тыс. л. Березняк, масса листвы которого на 1 га составляет лишь 4940 кг, испаряет 47 тыс. л воды в день, тогда как ельник, масса хвои которого на 1 га равна 31 тыс. кг, — только 43 тыс. л воды в день. Пшеница на 1 га использует за период развития 3750 т воды, что соответствует 375 мм осадков.

 

 

КИСЛОРОД в количественном отношении — главная составляющая живой материи. Если учитывать воду в тканях, то, например, тело человека содержит 62,8% кислорода и 19,4% углерода. Если рассматривать биосферу в целом, кислород по сравнению с углеродом и водородом является ее основным элементом. Круговорот кислорода усложняется тем, что этот элемент может образовывать многочисленные химические соединения. В результате возникает множество промежуточных циклов между литосферой и атмосферой или между гидросферой и двумя этими средами. Кислород, начиная с определенной концентрации, очень токсичен для клеток и тканей даже у аэробных организмов. Французский ученый Луи Пастер (1822 - 1895) доказал, что никакой живой анаэробный организм не может выдержать концентрацию кислорода, превышающую атмосферную на 1% (эффект Пастера).

Круговорот кислорода происходит в основном между атмосферой и живыми организмами. Процесс продуцирования и выделения кислорода в виде газа во время фотосинтеза противоположен процессу его потребления при дыхании. При этом происходит разрушение органических веществ и взаимодействие кислорода с водородом. В некотором отношении круговорот кислорода напоминает обратный круговорот углекислого газа: движение одного происходит в направлении, противоположном движению другого.

 

 

СЕРА. Преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде. Основной источник серы, доступный живым существам, — это всевозможные сульфаты. Хорошая растворимость в воде многих сульфатов облегчает доступ неорганической серы в экосистемы. Поглощая сульфаты, растения их восстанавливают и вырабатывают серосодержащие аминокислоты. Различные органические отбросы биоценоза разлагаются бактериями, которые в конце концов вырабатывают сероводород из сульфопротеинов, содержащихся в почве. Некоторые бактерии тоже могут вырабатывать сероводород из сульфатов, восстанавливаемых ими в анаэробных условиях. Эти бактерии, утилизируя сульфаты, получают необходимую для их обмена веществ энергию.

С другой стороны, существуют бактерии, способные опять окислить сероводород до сульфатов, что вновь увеличивает запас серы, доступной продуцентам. Подобные бактерии называются хемосинтезирующими, так как они могут вырабатывать клеточную энергию без участия света, только за счет окисления простых химических веществ. Итак, в биосфере осадочные породы содержат основные запасы серы, которая встречается главным образом в виде пирита, а также и сульфатов, например гипс.

 

 

ФОСФОР. Круговорот фосфора относительно прост и весьма неполон. Фосфор — один из основных составляющих элементов живого вещества, в котором он содержится довольно в большом количестве. Запасы фосфора, доступные живым существам, полностью сосредоточены в литосфере. Главные источники неорганического фосфора — изверженные породы (например, апатиты) или осадочные породы (например, фосфориты). Минеральный фосфор — редкий элемент в биосфере, в земной коре его не больше 1%, что является основным фактором, лимитирующим продуктивность многочисленных экосистем. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию путем выщелачивания и растворения в континентальных водах. Он попадает в экосистемы суши, поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения, и таким образом включается в трофические связи. Затем органические фосфаты вместе с трупами, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где вновь подвергаются воздействию микроорганизмов и превращаются в минеральные ортофосфаты, готовые к употреблению зелеными растениями и другими автотрофами (от греч. autos — сам и trophe — пища, питание). В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают океаны фосфатами, что способствует развитию фитопланктона и живых организмов, расположенных на различных уровнях пищевых цепей пресноводных или морских водоемов. История любого химического элемента в ландшафте складывается из бесчисленного множества круговоротов, различных по масштабу и продолжительности. Противоположные процессы — биогенная аккумуляция и минерализация — образуют единый биологический круговорот атомов.

 

 

ТУНДРОВЫЕ ЛАНДШАФТЫ образуются в условиях холодного климата с коротким летним периодом и потому малопродуктивны. Низкие температуры воздуха и почвы — первопричина многих особенностей тундры. С дефицитом тепла связаны и «волны жизни»: в годы с более теплым летом возрастает продукция живого вещества. Некоторые растения цветут в тундре только в благоприятные годы (например, иван-чай в арктической тундре). Растения в тундре растут медленно. Лишайники за год вырастают на 1 - 10 мм; можжевельник на Кольском полуострове с диаметром ствола 83 мм может иметь до 544 годичных колец. Сказывается не только влияние низких температур, но и отсутствие достаточного количества питательных элементов.

Во многих тундрах большую роль играют мхи и лишайники. Есть ландшафты, в которых они преобладают. В тундре Хибин биомасса растений равна 170,3 ц/га, из них 72% приходится на подземную часть. Ежегодный прирост биомассы составляет 23,5 ц/га, а ежегодный опад — 21,9 ц/га. Таким образом, истинный прирост, равный разности между приростом и опадом, очень мал — 1,6 ц/га (в северной тайге — 10 ц/га, в южной тайге — 30 ц/га, во влажных тропиках — 75 ц/га).

Из-за низкой температуры разложение остатков организмов в тундре протекает медленно, многие группы микроорганизмов не функционируют или же работают очень слабо (бактерии, разлагающие клетчатку, и др.). Это ведет к накоплению органических веществ на поверхности и в почве.

 

 

ШИРОКОЛИСТВЕННЫЕ ЛЕСА в России распространены в европейской части, на Кавказе, Дальнем Востоке. Это все регионы влажного умеренно-теплого климата. Биомасса здесь не намного меньше, чем во влажных тропиках (3000 - 5000 ц/га), но ежегодная продукция и зеленая ассимилирующая масса меньше в несколько раз. Продукция колеблется от 80 до 150 ц/га (во влажных тропиках — 300 - 500 ц/га), зеленая ассимилирующая масса в дубравах составляет 1% биомассы и достигает 40 ц/га (8% и 400 ц/га во влажных тропиках).

Широколиственные деревья сравнительно богаты золой, особенно листья (до 5%). В золе листьев много Са — до 20% или 0,6 - 3,8% на сухое вещество, меньше К (0,15 - 2,0%) и Si (0,4 - 2,8%), еще меньше Mg, Al, Р, а также Fe, Mn, Na, СL.

 

 

В ТАЙГЕ биомасса не намного уступает влажным тропикам и широколиственным лесам. В южной тайге биомасса превышает 3000 ц/га и только в северной тайге понижается до 500 - 1500 ц/га. Зоомасса в тайге ничтожна (в южной тайге — 0,01% биомассы). Более 60% биомассы представлено древесиной, состоящей из клетчатки (около 50%), лигнина (20 - 30%), гемицеллюлозы (более 10%).

Ежегодная продукция в южной тайге почти такая же, как в широколиственных лесах (85 ц/га против 90 ц/га в дубравах), в северной тайге — намного меньше (40 - 60 ц/га). Растительный опад в южной тайге меньше, чем в дубравах, и равен 55 ц/га (в дубравах 65 ц/га); в северной тайге еще меньше — 35 ц/га.

 

 

ВЛАЖНЫЕ ТРОПИКИ занимают большие площади в экваториальной Африке, Южной и Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке. Еще шире они были распространены в прошлые геологические эпохи (с конца девона). Изобилие тепла сочетается здесь с изобилием осадков, тепло и влага не лимитируют единого биологического круговорота атомов. Миграция атомов происходит с одинаковой интенсивностью в течение всего года, периодичность миграции выражена слабо.

Обилие тепла и влаги определяет большую ежегодную продукцию живого вещества во влажных тропиках. Величина продукции здесь в 2 - 3 раза больше, чем в широколиственных лесах и тайге, и достигает 300 - 500 ц/га. По соотношениям биомассы и продукции, надземной и подземной, зеленой и незеленой биомассы и многим другим показателям влажные тропики также существенно не отличаются от биомассы). Более 60% биомассы представлено древесиной, состоящей из клетчатки (около 50%), лигнина (20 - 30%), гемицеллюлозы (более 10%).

Ежегодная продукция в южной тайге почти такая же, как в широколиственных лесах (85 ц/га против 90 ц/га в дубравах), в северной тайге — намного меньше (40 - 60 ц/га). Растительный опад в южной тайге меньше, чем в дубравах, и равен 55 ц/га (в дубравах 65 ц/га); в северной тайге еще меньше — 35 ц/га.

 

ВЛАЖНЫЕ ТРОПИКИ занимают большие площади в экваториальной Африке, Южной и Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке. Еще шире они были распространены в прошлые геологические эпохи (с конца девона). Изобилие тепла сочетается здесь с изобилием осадков, тепло и влага не лимитируют единого биологического круговорота атомов. Миграция атомов происходит с одинаковой интенсивностью в течение всего года, периодичность миграции выражена слабо.

Обилие тепла и влаги определяет большую ежегодную продукцию живого вещества во влажных тропиках. Величина продукции здесь в 2 - 3 раза больше, чем в широколиственных лесах и тайге, и достигает 300 - 500 ц/га. По соотношениям биомассы и продукции, надземной и подземной, зеленой и незеленой биомассы и многим другим показателям влажные тропики также существенно не отличаются от других влажных лесных ландшафтов. Однако по количеству калия в биомассе влажные тропики отличаются от тайги и широколиственных лесов.

Биомасса животных во влажных тропиках составляет около 1% биомассы (45 ц/га). Это главным образом термиты, муравьи и другие низшие животные. По этому показателю влажные тропики резко отличаются от тайги, в которой накапливается лишь 3,6 ц/га зоомассы (0,01% биомассы). Разложение большой массы органических веществ насыщает воды углекислым газом и органическими кислотами. Основными элементами, попадающими в воду при биологическом круговороте, являются Si и Са, К, Mg, Al, Fe, Мп, S. В листьях тропических деревьев высоко содержание Si. При биологическом круговороте дождевыми водами из листьев вымывается большое количество N, Р, К, Са, Mg, Na, CI, S и других элементов.

 

СТЕПИ И ПУСТЫНИ близки по многим геохимическим свойствам. Биомасса в степях на порядок меньше, чем в лесных ландшафтах, — от 100 до 350 ц/га. Большая ее часть в отличие от лесов сосредоточена в корнях (70 - 90%). Биомасса животных в черноземных степях около 6%. Ежегодная продукция составляет 13 - 50 ц/га, т. е. 30 - 50% биомассы. Ежегодно в биологический круговорот атомов в степях вовлекаются сотни килограммов растворимых в воде веществ (на 1 га), т. е. значительно больше, чем в тайге (луговые степи — 700 кг/га; южная тайга — 155 кг/га). В луговых степях с опадом ежегодно возвращаются 700 кг/га растворимых в воде веществ, в сухих — 150 кг/га (в ельниках южной тайги — 120 кг/га).

В опаде большую роль играют основания, полностью нейтрализующие органические кислоты. В отличие от лесных ландшафтов то в почвах степей накапливается в 20 - 30 раз больше органического вещества, чем в биомассе (в луговых степях — до 8000 ц/га гумуса; в сухих степях - 1000 - 1500 ц/га).

Для степей и пустынь наиболее характерны Са, Na и Mg, которые накапливаются при засолении в водах, почвах и продуктах выветривания.

По минеральному составу все степные травы делят на три группы: злаки с высоким содержанием Si и невысоким содержанием N; бобовые со значительным накоплением К, Са и N; разнотравье, занимающее промежуточное положение

 

 

Закономерности распространения биоценозов (сообществ растений, животных и микроорганизмов), видов и популяций изучает наука биогеография, дающая целостное представление об органическом мире в разных областях планеты.

 

 

ЕЩЕ НЕ ВСЕ ВИДЫ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ, обитающих на нашей планете, известны ученым, которые ежегодно открывают сотни новых видов (особенно это касается насекомых), и пока этот поток не иссякает. Однако уже можно, правда приблизительно, назвать вероятное число видов разных систематических групп современных организмов. Нет ни одного человека, способного знать все уже описанные виды растений и животных, но благодаря разработанной классификации ученые-биогеографы могут ориентироваться в органическом мире таксонов (крупных систематических групп).

 

 

БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ВИДОВ организмов обитает в тропических и экваториальных районах с достаточным увлажнением. По направлению к полюсам число видов растений и животных сокращается (в широколиственных лесах — 700 - 800; в тундрах — 200 - 300, на арктических островах — 50 - 100). Однако для того, чтобы хотя бы перечислить обитающие виды в умеренных и приполярных широтах, потребовалось много страниц. Среди огромного разнообразия живых существ, населяющих нашу планету, лишь незначительная часть имеет большую численность и биомассу. Наиболее массовые в том или ином районе виды называются фоновыми. Часто именно они представляют особый интерес как с точки зрения их участия в жизни биоценоза, так и с хозяйственной.

Огромное число видов современных организмов, насчитывающих буквально астрономическое число особей, в принципе может создавать бесконечное количество сочетаний. Для того чтобы разобраться во множестве биоценозов, создано несколько классификаций, группирующих их по степени сходства и различия. Наиболее разработаны классификации растительности.

Наименьшая типологическая единица — ассоциация. Объединяемые в нее отдельные фитоценозы имеют одинаковый видовой состав организмов, причем в первую очередь важно сходство доминирующих видов. Кроме того, фитоценозы одной ассоциации имеют сходное строение и по другим признакам (ярусность, гидротермический режим и т. п.).

 

 

ПРИМЕРОМ АССОЦИАЦИЙ может служить ельник-зеленомошник-черничник или ельник-зеленомошник-брусничник. Сходные ассоциации образуют группы ассоциаций (например, ельники зеленомошные), которые объединяются в формации.

Для формации характерен общий вид, в наибольшей степени влияющий на среду, — вид-эдификатор. Для лесов эдификаторами являются виды древесного яруса. Обычно формации называются по наименованию видов эдификаторов. Так, можно говорить о формации ельников (из того или иного вида ели). Далее следуют группы формаций (например, темно-хвойные леса из формаций разных видов елей, пихт, псевдотсуги), классы формаций (хвойные леса — эдификаторы представлены близкими жизненными формами). Классы формаций объединяются в типы растительности (степь, луг, леса умеренных широт, экваториально-тропические дождевые леса). В последнее время ученые зональный тип растительности, а также соответствующий зональный тип биоценозов именуют термином «биом». Опираясь на указанную схему таксономических категорий растительности, получим схему таксономических категорий для всего биотического сообщества, для биоценозов разного ранга. Эта схема выглядит следующим образом: биоценотическая ассоциация — группы биоценотических ассоциаций — биоценотическая формация — группы биоценотических формаций — классы биоценотических формаций.

 

БИОГЕОГРАФИЯ описывает, характеризует регионы суши и океана, которые различаются по составу и соотношению обитающих на этих территориях животных, растений и других организмов и образованных этими организмами сообществ.

При описании учитываются особенности геологической истории того или иного региона и современные экологические условия, включая воздействие человека. Первая группа факторов определяет в первую очередь состав наборов таксонов, характеризующих регион, вторая — облик растительности и животного мира и экологические особенности сообществ, образуемых растениями и животными. Биогеограф имеет дело с такими основными понятиями, как флора — фауна — биота; растительное сообщество — животное население — биом.

Флора — это совокупность всех видов растений, обитающих в том или ином регионе.

Фауна — совокупность всех видов животных, обитающих в том или ином регионе.

Биота — совокупность всех видов растений, животных и микроорганизмов.

Растительное сообщество — это совокупность растений, связанных общностью местообитания и разнообразными взаимоотношениями.

Животное сообщество, или животное население, — это совокупность животных, связанных общностью местообитания и разнообразными взаимоотношениями друг с другом и с компонентами растительного сообщества.

Биом — это растительное сообщество вместе с его животным населением.

 

 

ФЛОРА, ФАУНА И БИОТА какого-либо региона образованы в целом видами или группами видов, связанными общностью происхождения. В зависимости от происхождения, размеров и формы ареалов (от лат. area — площадь) виды объединены соответственно во флористические, фаунистические и биотические группы (комплексы). В качестве примера комплекса, образующего флору и фауну средней полосы европейской части России, может служить таежный, связанный с широколиственными лесами. Причерноморский комплекс — по преимуществу степной; туранский — степной и полупустынный западноказахстанский; космополитный — широко распространенный. Представители флористического, фаунистического и в целом биотического комплексов, как правило, возникли в пределах области, где господствовало определенное сообщество. В настоящее время в данном регионе перечисленные комплексы могут быть связаны не только с этим, но и с другими сообществами. Многие из представителей биотического комплекса являются реликтами, представителями господствовавшего прежде сообщества. Присутствие их в чуждой обстановке свидетельствует о более широком распространении в прошлом этого сообщества в данном регионе. Так, в пределах Кустанайской области Казахстана, а также на Мугоджарах, на территории Туранской, или Арало-Каспийской, провинции Ирано-Туранской области в качестве реликтовых элементов встречаются белая куропатка (из животных), пушица и сфагновые мхи (из растений).

 

 

ПРИ ФОРМИРОВАНИИ биоты, флоры и фауны основную роль играют способность вида к расселению и возраст вида, т. е. время, в течение которого расселение происходило. У различных групп животных и растений способность к распространению неодинакова. Растения могут распространяться при помощи воды, ветра, животных и человека. У животных, кроме этих способов распространения, имеется еще один, нередко основной — активное передвижение. На пути распространения организмы встречаются с разными препятствиями. Так, для наземных организмов это — горы и океаны, климатические препятствия, невозможность приспособиться к чуждым климатическим условиям, отсутствие подходящих почвенно-грунтовых условий обитания, подходящих хозяев для паразитических форм, наличие конкурентов для всех организмов. Следует отметить, что, как правило, организмы не достигают климатических границ ареала, поскольку на их пути оказываются сильные конкуренты.

Однако при резкой смене одних условий существования другими, например степей полупустынями и пустынями или при смене лесного пояса в горах высокогорными лугами, организмы встречают препятствия и границы их ареалов образуют сгущения. Чаще образуются одиночные границы, свойственные как видам, резко отличающимся от других своими экологическими особенностями, так и еще не достигшим пределов своего распространения в существующей природной обстановке.

 

 

В 1976 г. американский биогеограф Уиттекер предложил понятия альфа-, бета- и гамма-разнообразия для того, чтобы не путать разнообразие внутри одного местообитания или региона с разнообразием ландшафта или региона, который содержит несколько местообитаний.

Альфа-разнообразие — разнообразие внутри местообитания или одного сообщества.

Бета-разнообразие — разнообразие между местообитаниями.

Гамма-разнообразие — разнообразие в обширных регионах биома, континента, острова и т. д. В 1979 г. Крюгер и Тейлор добавили к этой классификации еще дельта-разнообразие — разнообразие, определяемое изменениями климатических факторов, что выражается в смене растительных зон, провинций и т. д. В настоящее время биогеографы Г. Н. Огуреева и Н. Н. Дроздов ставят вопрос о венчающем этот ряд биомном разнообразии, или омега-разнообразии, которое характеризует соотношение биомов на участке поверхности регионального географического уровня.

 

 

ОРГАНИЗМЫ можно классифицировать по родству (таксоны) или по другим признакам, не сводимым к родству, например по структурным, функциональным, структурно-функциональным, географическим, экологическим и т. д. Круг признаков, учитываемых в анализе типологического разнообразия, может быть неограниченно широк и зависеть от задач исследования. Представители разных таксонов растений, животных и микроорганизмов, взаимно дополняя друг друга, образуют биоценозы и биоты — биотические ядра экосистем. Поэтому для сохранения экосистем важно не допустить исчезновения конкретных видов животных и растений. Те из них, которые нуждаются в глобальной, национальной или локальной охране, заносятся в специальные книги (Красные книги).

На планете существует огромное разнообразие наземных и водных экосистем: от ледяных полярных пустынь до лесов и от коралловых рифов до открытого океана. Все разнообразие экосистем можно классифицировать либо по функциональным, либо по структурным признакам.

 

 

ЭКОСИСТЕМНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ часто оценивают по видовому составу. Можно также использовать и другие параметры: относительную численность видов, разнообразие биотопов, соотношение биомассы видов, относящихся к разным размерным классам, таксономическим группам или трофическим уровням. Понятно, что экосистема, состоящая только из сходных растений, будет менее разнообразна, чем та, которая включает также травоядных животных, нападающих на них хищников, паразитов этих хищников и т. д.

 

 

ТЕМПЫ И ФОРМЫ изменения биот определяются важнейшими факторами, среди которых следует выделить географические, действующие прямо или опосредованно через экологические процессы. Прямое действие факторов связано с изменением физических и химических свойств биосферы, таких, как соленость Мирового океана (региональное и локальное опреснение морских вод), содержание углекислого газа и озона в атмосфере, потепление и похолодание, оледенение, дрейф континентов и т. д. Именно это определяет кардинальные изменения биот во времени и пространстве, подталкивая эволюцию живых организмов или их вымирание на рубежах геологических эпох и периодов.

Географические процессы определяют изменение биоразнообразия и опосредованно, через экологию не только сообществ, но также видов и популяций. Особую роль в изменении структуры сообществ играют климатические и почвенные факторы. Анализ картографических данных по распространению сообществ и экосистем свидетельствует, что их структура и пространственное размещение находятся в теснейшей зависимости от физико-химических параметров среды. Структура сообществ может и сама быть фактором, определяющим процесс эволюции биоты за счет вытеснения одних видов другими и натурализации мигрантов. Классический пример — островная география, например, Мадагаскара, Новой Зеландии, Австралии, где ход эволюции животного мира, структура сообществ определялись отсутствием в составе сообществ хищных плацентарных млекопитающих

 

 

Основатель почвоведения В. В. Докучаев называл почву четвертым царством после царства минералов, растений и животных. Почва состоит из твердых частиц минералов, органических остатков и органоминеральных химических соединений, из воды (точнее, почвенного раствора), газов и живых существ, обитающих в ней. Почва возникает на границе литосферы и атмосферы в результате воздействия климата и живых организмов (растений и животных) на горные породы и покрывает практически всю сушу, образуя почвенный покров.

Кроме верхнего слоя, который обычно виден на свежевспаханном поле, почва состоит из многих более глубоких слоев. За горизонтальное залегание их называют почвенными горизонтами. Эти горизонты черного, белого, рыжего, бурого и других цветов можно наблюдать в придорожных откосах, на стенках карьеров, в траншеях и канавах для укладки водопроводных и газовых труб или в специально вырытых ямах — почвенных разрезах. В таком разрезе обнаруживается ряд почвенных горизонтов, или почвенный профиль. Его глубина обычно бывает 1 - 2 м. Одна почва от другой, например чернозем от подзола, отличается по качеству горизонтов и по их мощности, т. е. по толщине сверху вниз.

Цвет, механический состав, структура, новообразования — основные характеристики почвенных горизонтов.

 

 

ПОЧВА БЫВАЕТ РАЗНОГО ЦВЕТА из-за того, что в ней как бы смешиваются цвета ее главных компонентов. От темно-серого и темно-коричневого до черного — таков основной цвет у органического вещества почв. Бурый и красный цвета имеют окислы трехвалентного железа. Сизые, голубоватые и зеленоватые тона характерны для минералов, содержащих закисные формы двухвалентного железа. Белую окраску почве придают зерна кварца и некоторых других минералов, а также известь, гипс и легкорастворимые соли — карбонаты, хлориды и сульфаты натрия и калия.

 

 

МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ - это содержание в ней песчаных и глинистых частиц разного размера. Если много крупных песчаных частиц, то почва — песчаная, а если много мелких глинистых — глинистая. Есть еще супесчаные почвы, в которых крупных частиц меньше, чем в песках. В суглинистых почвах уже больше мелких частиц, и почвы ближе к глинистым. Песчаные и глинистые частички скрепляются между собой в комочки, зернышки или орешки, образуя соответственно комковатую, зернистую и ореховатую структуру почв. «Склеивают» их органическое вещество и особые физико-химические силы, возникающие на поверхности тонких частиц. Наконец, новообразования — это особые выделения в почвенном веществе, образующиеся в результате выпадения из растворов различных солей и соединений. Так, проникающий по ходу корня почвенный раствор потом испаряется, и из него выпадает известь — вокруг корня, как его чехол, образуется известковая тонкая трубочка. Почвенные новообразования сродни камням в почках у больного человека.

 

 

ПОЧВЕННЫЕ ГОРИЗОНТЫ отличаются также и по содержанию влаги, составу почвенного раствора, почвенного воздуха и живых организмов. Для полноценного произрастания растений необходимо равномерное соотношение твердого вещества почв, почвенных пор (мелких пустот между твердыми частицами), заполненных водой, и пор, заполненных воздухом. Такое равномерное соотношение можно наблюдать в огородных почвах или в верхних горизонтах черноземов после летнего дождя.

Способность запасать в своих тонких порах воду за счет поверхностного натяжения и капиллярного поднятия — очень важное свойство почвы. Даже во время засухи почва снабжает такой капиллярной влагой корни растений. Почвенный раствор — это «кровь» почвы. Он переносит вещества с одного места на другое, создавая горизонты вымывания и вмывания веществ. Однако по тонким порам — капиллярам — из грунтовых вод на поверхность почв вместе с раствором попадают и вредные для растений легкорастворимые соли. Если почва длительное время наполнена водой и в ней мало пустот с воздухом, то она переувлажняется, что плохо для растений. Дело в том, что в этом случае состав почвенного воздуха сильно отличается от воздуха атмосферы Земли (в котором 21% кислорода и 0,03% углекислого газа) и приближается к атмосфере Венеры (в нем может быть 1 - 2% кислорода и 5 - 10% углекислого газа). В таких условиях замедляется развитие корней и растений в целом. В результате разложения органического вещества появляется легкий болотный газ метан (СН₄). Именно его выделения сопровождаются звуками, которые наводили ужас на героев повести А. Конан Дойла «Собака Баскервилей».

В порах обычной, непереувлажненной почвы содержится 20% кислорода и 0,2 - 0,5% углекислого газа. Их содержание регулируют мириады почвенных организмов, потребляющие кислород и выделяющие углекислый газ. Только микроорганизмов в верхних горизонтах почв — сотни миллионов и миллиарды в 1 г. Среди них много бактерий, микроскопических грибов и водорослей. Много в почве и мелких беспозвоночных — дождевых червей, личинок и взрослых членистоногих, а также других животных — круглых червей и тихоходок. Помимо микроорганизмов на 1 м² почвы обитают тысячи более крупных и миллионы мелких, не видимых невооруженным глазом почвенных животных. Общая масса почвенных организмов в сотни раз превосходит массу живущих на почве земноводных, пресмыкающихся, млекопитающих и птиц.

 

 

ПОЧВЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ - для каждой почвы свои. Например, в лесных почвах очень много микроскопических грибов, а в степных черноземах их мало и преобладают бактерии, поэтому попадающие на поверхность растительные остатки в лесу и степи разлагаются по-разному, из-за чего и формируются разные почвенные горизонты. Почва — это настоящая пленка жизни. Под покровом леса образуется подстилка — опад листвы, хвои, веточек, трав и мхов, отчасти переработанный почвенными организмами. Если такой опад оказывается в условиях переувлажненной почвы, где намного меньше почвенных животных, перерабатывающих остатки растений, то здесь образуется горизонт торфа. В степи, где нет деревьев, остатки трав формируют горизонт степного войлока. Все эти горизонты состоят из органического вещества и почти не содержат минеральных частиц.

 

 

Часть органических остатков в результате отмирания корней попадает прямо внутрь почвы, а часть органического вещества затаскивается туда червями и другими животными. Здесь происходит взаимодействие органических веществ с минеральными, образуются органоминеральные соединения. Такие химические соединения и органические остатки внутри почвы называются гумусом, а почвенный горизонт темного цвета с его высоким содержанием — гумусовым горизонтом. Это главный горизонт черноземов, мощность которого более 1 м. Обилие организмов «склеивает» почвенные частицы в прочные зернышки, поэтому у этих горизонтов формируется зернистая структура, которая обеспечивает корням прекрасный доступ воздуха. Если же условия для формирования почв не такие идеальные, как для черноземов, то под подстилкой могут формироваться горизонты вымывания, т. е. слои почв, из которых выносятся, вымываются минеральные соединения. При этом остаются только самые устойчивые минералы типа кварца, благодаря чему горизонты приобретают белесую окраску. Горизонты вымывания характерны для широко распространенных в лесах России подзолов и подзолистых почв. Но если что-то вымывается, то куда это уходит? Часть минеральных соединений уносится грунтовыми водами за пределы почв и в конце концов попадает в реки и моря, но часть менее растворимых веществ остается в более глубоких слоях почвы. Так образуются горизонты вмывания. В зависимости от того, какое вещество в них накапливается — соединения железа, гумус или различные соли, горизонты бывают бурыми, черными или белыми. Бурые горизонты вмывания встречаются в подзолистых почвах, а светлые горизонты вмывания извести — в черноземах. Если почва переувлажнена, то в ней недостает кислорода, поэтому часть железа переходит в двухвалентное состояние, а почвенные горизонты в связи с этим приобретают сизые, голубоватые и зеленоватые тона, и, кроме того, они бесструктурны и липки. Такие горизонты называются глеевыми. Они чаще всего встречаются под болотными торфяными почвами. Вот из таких горизонтов: подстилки, торфа, гумусового, глеевого, вымывания и вмывания — состоит большинство почв мира.

 

 

ПОД ВОДОЙ И В ПЕЩЕРАХ нет почв в их классическом понимании. Под водой в донных осадках практически отсутствует воздух, а органическое вещество там накапливается не столько за счет местных подводных растений, сколько в результате «дождя трупов» морских организмов, питающихся в воде. Подводные илы — это не источник питания для организмов (они живут за счет веществ, растворившихся в воде), а, скорее, их кладбище. Там живут только донные организмы, составляющие небольшой процент от общего числа обитателей подводного мира. Донные осадки — это прекрасный пример биокосного тела, по В. И. Вернадскому, но не почва.

 

 

В. В. Докучаев в конце XIX в. определил почву как функцию, т. е. величину, которая зависит от климата, рельефа, горных пород, живых организмов и времени. В наши дни это определение немного уточнили: время стали считать особым, может быть, более общим, глобальным фактором, поскольку ведь и все другие силы, формирующие почвы, существуют как во времени, так и в пространстве.

 

 

Почва создается в результате взаимодействия во времени и пространстве климата, живых организмов (растений, животных и особых организмов — грибов), горных пород, рельефа.

 

 

РЕЛЬЕФ играет большую роль в образовании почв, поскольку перераспределяет тепло, влагу и горные породы. Всем известно, что на вершине высокой горы холоднее, чем у ее основания; что на склоне, обращенном на юг, снег весной сходит намного быстрее, чем на северном склоне; что заморозки и туманы чаще бывают в низинах. Мы также знаем, что вода на обширных плоских пространствах задерживается (местность там часто заболочена), а на небольших участках возвышенностей почвы легко сбрасывают воду по склону. В узких ложбинах или горных ущельях, как правило, бегут быстрые ручьи. Вода в них содержит много кислорода, а потому по берегам там много лугов. А вот в широких понижениях происходит застой влаги, кислорода не хватает и формируются болота. Под лугами и болотами почвы сильно различаются.

 

 

По рельефу распределяются горные породы — под обрывистыми скалистыми склонами накапливаются крупные каменные глыбы и щебень, а у подножий длинных пологих склонов намытые глинистые и суглинистые отложения. Рельеф, изменяя условия нагревания и охлаждения почв, их водный режим, местные особенности почвообразующих пород и возраст почв, приводит к образованию почвенных тел, сильно различающихся между собой.

 

 

КЛИМАТ оказывает существенное воздействие на развитие почв прежде всего потому, что регулирует соотношение тепла и влаги. Это соотношение при одинаковых рельефе, почвообразующих породах и времени воздействия климата на них определяет развитие почв. Самые неразвитые почвы — это почвы сухого и холодного климата (Сухие долины Антарктиды), а самые развитые — влажного и теплого (Экваториальная Африка, Амазония, Индонезия). Если тепла достаточно, а влаги очень мало (пустыня Сахара) и, наоборот, если влаги достаточно, а тепла мало (Арктика), то почвы плохо развиты.

Климат обусловливает и водный режим почв, который бывает промывным (во влажных областях) и непромывным (в районах с недостаточным увлажнением).

 

 

Для почв также крайне важно, как распределяются по сезонам температуры воздуха и осадки. В разных районах лето может быть одинаковым, в связи с чем и растительность их похожа. Однако в континентальных областях, где стоят долгие зимы с сильными морозами, в почве образуется многолетняя мерзлота. На территориях с умеренным климатом, где зимы обычно мягкие, может не быть не только мерзлоты, но даже устойчивого снежного покрова. Осадки здесь промывают почву круглый год. А вот в сухой сезон в тропиках из-за недостатка влаги почвообразование может прекращаться почти так же, как оно приостанавливается у нас зимой из-за недостатка тепла. Влияние климата на почву важно еще и потому, что тепло и влага создают условия для развития жизни — растительной и животной.

 

 

РАСТИТЕЛЬНЫЕ И ЖИВОТНЫЕ организмы внутри почвы вместе с растительностью, произрастающей на почве, — важнейший фактор почвообразования. Надземная часть растительности со временем отмирает и попадает на почву, формируя лесную подстилку или степной войлок, где обитают мириады почвенных организмов. Существенная часть растительных остатков потребляется грибами и почвенными животными и превращается в углекислый газ и воду, не задерживаясь в твердой части почв. Меньшая часть органических остатков, пройдя сквозь «строй» челюстей и пищеварительных трактов беспозвоночных животных и микроорганизмов, сначала просто смешивается с минеральными веществами, а затем образует с ними особые почвенные органоминеральные соединения, которые и представляют собой гумус почв.

Роль растительности для почв состоит в том, что она связывает углекислый газ из атмосферы в результате фотосинтеза и снабжает почву соединениями углерода, которыми питаются почвенные организмы. Очень важен также процесс связывания азота из атмосферы (в минеральной части почв азота почти нет). Это обеспечивают некоторые виды почвенных бактерий и водорослей.

Как растительные, так и животные организмы, выделяя кислоты, воздействуют на минералы почв, забирая из них для своей жизни необходимые химические элементы (фосфор, калий, кальций, серу и др.). Минералы при этом сами разрушаются. Так организмы осуществляют химическое, а точнее, биохимическое выветривание почвенных минералов. Кроме химического очень важно и физическое воздействие организмов на почву. Как корни растений, так и представители животного мира разрыхляют и перемешивают почву, образуют структуру почв. Этим они улучшают «жилищные условия» своих растительных и животных «детей и внуков». Сами того не зная, они помогают и людям, которые потребляют продукты питания, выращенные на земле, облагороженной и удобренной почвенными организмами.

 

 

Почвы сменяют друг друга широтно, т. е. в направлении с севера на юг. Такой закон распространения почв на поверхности Земли называется законом широтной зональности. Он был сформулирован и назван так В. В. Докучаевым в конце XIX в., когда о почвах было еще мало достоверных сведений. Изменение климата по широтам обусловливает смену природных зон с севера на юг. В каждой природной зоне есть свой набор разных почв. Например, в тундре это — тундровые, глеевые, подбуры и болотные торфяные почвы, а в степях — черноземы, каштановые и лугово-степные почвы. Как уже было сказано, для формирования тех или иных почв очень важно соотношение тепла и влаги. Как правило, в направлении с севера на юг климат становится не только теплее, но и суше. Наиболее ярко закон широтной зональности выражен во влажной холодной тундре и в сухих жарких степях Русской равнины. Если климат влажный, а меняется только температура воздуха, то почвы изменяются гораздо меньше.

 

 

Рассмотрим в качестве примера восточное побережье Северной Америки. Там влажный климат, и от тундр до тропиков — всего четыре почвенные зоны (тундровые глеевые почвы сменяются подзолами, затем буроземами и, наконец, красноземами). Однако на западе этого же континента, там, где горные цепи не пускают влагу с Тихого океана на материк, образуются пустыни, а почвенные зоны сменяют друг друга с запада на восток (в зависимости от влажности климата). В данном случае «правильному», широтно-зональному распространению почв мешают горы. Закон широтной зональности не будет действовать и в тех случаях, когда отсутствуют те горные породы, из которых обычно образуются почвы. Если вместо песков и глин на поверхности встречаются, например, только известняки, то можно сказать наверняка, что в этом районе закон В. В. Докучаева исполняться не будет, так как вместо подзолистых почв, «положенных по закону» в лесной зоне, на известняках будут распространены дерново-карбонатные.
 

 

Почвы появляются там, где кончаются ледники, море и начинается суша. Почвы есть и на самой северной точке суши в Северном полушарии — на мысе Моррис-Джесуп в Гренландии и в свободных ото льда Сухих долинах Антарктиды. Правда, полноценные почвы здесь представлены лишь как редкие мелкие вкрапления среди россыпей камней.

 

 

ВО ВНУТРЕННИХ РАЙОНАХ АНТАРКТИДЫ - самые суровые условия для существования почв на Земле. Выглядывающие из-под ледяного щита горные вершины с крутыми каменистыми склонами соседствуют здесь с Сухими долинами, в которых снежного покрова почти не бывает не только летом, но и 50-градусной зимой из-за малого количества осадков (5 - 50 мм), а также сильнейших ветров, сдувающих редко выпадающий снег. В этих районах нет ни одного высшего растения — только микроорганизмы, водоросли и редкие лишайники, однако их так мало, что они не обогащают почву органическими веществами. Тем не менее почвы здесь формируются. Дело в том, что поверхность почв во внутренних районах Антарктиды — одна из самых древних на Земле: ей несколько миллионов лет. Она в сотни и тысячи раз старше почв Арктики и большей части Европы. За столь долгое время тут смогли проявиться медленные процессы выветривания горных пород и накопиться массы солей, принесенных из атмосферы. Почвы здесь поэтому зачастую имеют красный или красноватый оттенок, который придают ей окислы железа (такого же цвета древние почвы тропических и экваториальных областей). Из-за крайней сухости климата почти все почвы внутренних районов Антарктиды содержат легкорастворимые соли, причем высока доля нитратов — наиболее растворимых солей. Помимо низкого содержания органического вещества, красноватой окраски и засоленности, эти почвы еще и очень каменисты (кругом ведь горы!), а из-за сурового климата оттаивают в конце лета всего на глубину 20 - 40 см. Такие почвы называются почвами холодных пустынь.

 

 

НА ПОБЕРЕЖЬЕ АНТАРКТИДЫ, свободном ото льда, а также на прилегающих островах климат смягчается: становится менее холодно и более влажно. Здесь на почвообразование влияет еще один фактор — колонии птиц, прежде всего пингвинов. Пингвины питаются продуктами моря, но живут на суше и в процессе своей жизнедеятельности обогащают органическими веществами побережье Антарктиды. Почвы, удобренные птицами, даже в условиях очень сурового климата отличаются высоким содержанием гумуса, азота, фосфора. Там, где птиц нет, почвы развиты слабее, но благодаря лишайникам, мхам и нескольким видам цветковых растений, остатки которых обогащают почву органическим веществом, они сильно отличаются от почв внутренних районов материка. А поскольку здесь менее холодно и более влажно, грунт оттаивает на большую глубину, и из почвы вымываются легкорастворимые соли.

 

 

В АРКТИКЕ по сравнению с Антарктидой просто благодатные условия для образования почв. В местах, защищенных от сильных ветров, и на склонах, обращенных на юг и удобренных многочисленными птицами, образуется ковер ярко-зеленых трав, под которым находится сплошной почвенный слой. Однако преобладают все-таки каменистые россыпи, голые грунты и почвы с вечной мерзлотой, которые могут быть очень разными — от засоленных и щелочных до сильнокислых и переувлажненных. Дело в том, что в Арктике много гористых островов. А для гор, как известно, характерны резкие различия в температуре и выпадении осадков. Осадки высоких широт — это снег, который с одних мест сдувается, а в других накапливается. Когда снег тает, то одни почвы получают много воды и как бы формируются во влажном климате, а другие испытывают недостаток влаги и близки к почвам сухих областей. Так, в некоторых районах Гренландии, Канадского Арктического архипелага и островов Шпицбергена засоленные почвы, похожие на пустынные, могут буквально соседствовать с переувлажненными торфянистыми почвами, образующимися под влиянием талых вод и напоминающими болота лесных зон. В большей части Арктики среди каменистых россыпей наиболее часто встречаются арктические дерновые почвы — бурые почвы с верхним серым гумусовым горизонтом глубиной до 10 - 20 см.

 

 

В ТУНДРЕ распространены глеевые почвы, имеющие сизую и ржавую окраску вследствие сильного переувлажнения, которое в условиях нехватки кислорода приводит к появлению закиси железа. В равнинных тундрах часто встречаются торфяные болотные почвы, однако торфа в них значительно меньше, чем в болотах лесной зоны, потому что в условиях короткого и холодного лета ежегодный «урожай» болотных мхов и осок, остатки которых образуют торф, невелик. На наиболее сухих песчаных участках тундровых равнин формируются подзолы и подбуры. Там, где рельеф пересеченный, а каменистых пород больше, почвенный покров тундр может быть очень контрастным. Склоны покрыты щебнистыми отложениями вообще без почв или с примитивными почвопленками под коркой лишайников. И тут же рядом, где накапливается мелкозем и есть «затишок» от холодного ветра, можно увидеть хорошо развитые дерновые почвы — с дерниной и темным горизонтом накопления гумуса. Этому способствуют известковый состав горных пород и жизнедеятельность птиц, часто использующих такие уголки-закутки для гнездовий.

Почвы тундр в своем большинстве нарушены мерзлотными процессами, которые перемешивают материалы почв в результате того, что вода, превращаясь в лед, расширяется и выдавливает почву. В итоге поверхностные слои, состоящие из разлагающихся растительных остатков (торф, перегной, гумус), могут попасть на глубину более 1 м, а на поверхности окажутся совсем не связанные с почвообразованием горизонты рыхлых отложений. Эти «взламывающие» нормальный ход почвообразования процессы охватывают почти все тундровые почвы и создают удивительные узоры на поверхности почвенного покрова. Если подняться на гору, то равнинная тундра предстанет в виде пчелиных сот или рисовых полей, покрытых водой и окаймленных валиками.

Глинистые и суглинистые почвы тундры часто обладают одним удивительным свойством, с которым сталкиваешься, оказавшись в тех местах. Пока идешь по нормальной, покрытой растительностью поверхности, ничего особенного не замечаешь, но стоит остановиться и потоптаться на месте, как земля начинает прогибаться, как плохо накачанный надувной матрац, а потом засасывать, да так сильно, что приходится выпрыгивать из сапог.

Это явление перехода грунта в вязкотекучее состояние называется тиксотропией.

 

 

В ПОЛЯРНЫХ ОБЛАСТЯХ существует еще один, особый тип почвенного покрова. На островах Северного и Южного полушарий с океаническим климатом, с безморозной зимой, холодным летом и с огромным количеством осадков (>1000 мм) произрастают луга с обильной корневой массой. Тепла для того, чтобы, отмирая, вся эта масса разложилась до состояния гумуса, не хватает, поэтому почти все местные почвы обладают особо мощной дерниной, которая напоминает торф, но формирующийся не в мокром болоте из остатков мхов и листьев, а из корней трав, причем без всякого переувлажнения грунтовыми водами. Такие почвы называются дерново-торфянистыми субарктическими и субантарктическими.

 

 

В ПРИТУНДРОВЫХ ЛЕСАХ и в северной части таежной зоны, где очень влажный климат, чередуются сильно переувлажненные почвы и не очень переувлажненные. Наиболее влажные почвы — под болотами, которые и коротким северным летом наполнены водой. В этих условиях отмирающие остатки растений не успевают разлагаться, в результате чего накапливается торф и формируются болотные торфяные почвы. Причем в отличие от тундровых болот глубина торфа может доходить до десятка метров. Если верхние, торфянистые, слои почвы под лесом успевают немного просыхать, а средние и нижние, минеральные, нет, то образуются глеевые таежные почвы (глееземы).

Глеевые почвы формируются при затрудненном доступе кислорода и избыточном увлажнении. Они имеют голубовато-серый, голубой и даже синий цвета. Таких почв много на плоских равнинах Западной Сибири. В Восточной Сибири на почвы под лесом влияет неглубокая многолетняя мерзлота, которая не пропускает талую и дождевую воду. Почвы тут переувлажнены и называются глеевыми мерзлотно-таежными.

 

 

НА СУГЛИНКАХ И ГЛИНАХ в лесной зоне формируются подзолистые почвы. Они характерны для Европейского Севера России, а также для Сибири, где мерзлоты нет или она лежит глубоко. На песках и щебнистых породах в тайге широко распространены подзолы. Под влиянием кислот органических веществ разрушаются минералы, содержащие железо (они и придают почве бурый цвет), а почвенные растворы это железо вымывают. В результате получается белесый горизонт вымывания, или подзолистый почвенный горизонт.

В подзолистых почвах вымываются не только железистые соединения, но и глинистые частички, которые накапливаются в нижних почвенных слоях. В песках глинистых частиц почти нет, и в нижние горизонты подзолов вмываются соединения железа и органического вещества. Если же в горной породе, на которой формируется почва, содержится очень много железистых минералов, то почвенная вода не может вымывать железо, поэтому горизонт вмывания здесь есть, а горизонта вымывания нет. Такие почвы в северной тайге называются подбурами, а южнее — буроземами. Они встречаются там, где много базальтов и других горных пород, богатых железом, — в Карелии, Сибири и на Дальнем Востоке.

 

 

В ЮЖНОЙ ЧАСТИ ТАЙГИ и под смешанными лесами переувлажненных почв значительно меньше, и в подзолистых почвах появляется гумусовый горизонт, а иногда и дернина. Это происходит из-за того, что в этих более южных районах в лесах произрастает много травянистых растений, а остатки их многочисленных корней перемешиваются червями, кротами и другими почвенными животными (их здесь намного больше, чем на таежном севере) с минеральным веществом. Кроме того, почти все почвы в этих районах в древности вспахивали, т. е. тоже активно перемешивали органические и минеральные вещества. Такие почвы с гумусовым горизонтом, горизонтом вымывания железа и глинистых частиц, а также бурым горизонтом вмывания называются дерново-подзолистыми. В этой части лесной зоны встречаются и переувлажненные почвы заболоченных лугов с гумусовым и глеевым горизонтами. Их называют дерново-глеевыми почвами. Эти два типа почв распространены очень широко, особенно в европейской части России.

 

 

В САМОЙ ТЕПЛОЙ ЧАСТИ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ умеренного пояса — в широколиственных лесах — формируются серые лесные почвы и бурые лесные почвы (буроземы). Серые лесные почвы представляют собой нечто среднее между дерново-подзолистыми почвами смешанных лесов и черноземами лесостепей и степей. Они образуются в более теплом и сухом климате и под более обильной растительностью, чем дерново-подзолистые почвы. Растительных остатков и перемешивающих их почвенных животных здесь больше, поэтому гумусовый горизонт в них мощнее (больше по толщине) и темнее. Однако зимой образуется настолько устойчивый снежный покров, что каждую весну при таянии снега почва испытывает своеобразный удар — активно промывается. В результате в ней появляются горизонты вымывания и вмывания.

Бурые лесные почвы — это почвы более теплого, но не менее влажного климата, чем дерново-подзолистые. Они распространены в Западной и Центральной Европе, на северо-восточном побережье США, на самом юге российского Дальнего Востока и в Японии. Для этих почв здесь более благоприятные условия, чем в районах континентального климата: нет жаркого и сухого лета, отсутствует устойчивый снежный покров. Таким образом, бурые лесные почвы увлажняются почти равномерно в течение всего года. При такой «неторопливой» жизни органические остатки разлагаются постепенно, формирующийся гумус приобретает более коричневую — бурую окраску, а без ежегодного сильного промывания горизонт вымывания железа может совсем не образовываться. Буроземы встречаются и в более суровом климате, в средних и южных районах тайги, но всегда они располагаются на богатых железом горных породах. Горизонта вымывания здесь нет по тем же причинам, что и в подбурах.

 

 

Множество разных почв формируется на границах между их основными типами. Так, на переходе между болотными и подзолистыми почвами образуются болотно-подзолистые почвы. Между глеевыми почвами и подзолистыми могут встретиться глееподзолистые почвы. Сами названия уже говорят о том, что в этих почвах есть признаки как одних, так и других типов почв. Так, в болотно-подзолистых почвах имеется торфянистый (меньше 15 см) или даже торфяный (больше 15 см) горизонт, а в горизонте вымывания глееподзолистых почв сизые и ржавые пятна свидетельствуют о глеевом процессе. Подобные почвы-«пограничники» характерны для многих типов лесных почв. Так, например, подзолисто-буроземные почвы «граничат» между буроземами и дерново-подзолистыми почвами.

 

 

ИЗВЕСТНЯКИ — широко распространенные на Земле светлые осадочные плотные породы, из которых раньше строили белокаменные города. Они состоят в основном из карбоната кальция, формула которого СаСО₃. Известняки легко разрушаются, и их обломки часто примешиваются к другим часто встречающимся рыхлым породам, например к глинистым ледниковым отложениям. Почв на карбонатных породах, т. е. горных породах, содержащих карбонаты кальция, много. Если содержание карбонатов кальция невелико, то почвы почти не отличаются от формирующихся на таких же породах, но без извести. Если же карбонатов кальция в породе много, почвы совершенно не похожи на своих соседей. И вот почему. Карбонаты — соли очень слабой кислоты, поэтому они дают щелочную реакцию почвенного раствора. Это нейтрализует органические кислоты, поступающие из органических остатков. В щелочных условиях обитают иные, чем в обычно кислых лесных почвах, почвенные организмы, которые по-другому разлагают остатки растений. В результате кальций первым соединяется с органическими веществами, придавая гумусу темно-серый цвет, поэтому эти «инородцы» — почвы на известковых породах в зоне смешанных лесов — по своему верхнему горизонту напоминают черноземы. В народе их так и называют — черноземы. По-научному же это — дерново-карбонатные почвы, потому что от настоящих степных черноземов они отличаются нижними почвенными горизонтами, часто каменистыми и даже скалистыми. А еще их называют рендзинами, что по-польски означает «почвы, скрежещущие при вспашке плугом».

 

 

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ СТЕПЕЙ И ПУСТЫНЬ развивается в условиях дефицита влаги. Причем если в степях малое количество осадков идет на пользу почвам (из них не вымывается столько питательных веществ, сколько из лесных почв), то в южных степях, полупустынях и пустынях из-за недостатка воды страдают не только почвы, но и все, что живет на них, — растения, животные, люди.

По мере движения к югу от зоны распространения черноземов в почвенном покрове степей уменьшается мощность гумусового горизонта, окраска его становится менее темной, а горизонты вмывания карбонатов и гипса располагаются все ближе к поверхности. И сами почвы при переходе от степей к пустыням как будто постепенно «обесцвечиваются». Недаром они получили и соответствующие названия: каштановые, бурые полупустынные, серо-бурые пустынные, сероземы. И все-таки даже самые сухие почвы внетропических пустынь находятся без воды не круглый год. Весной идут дожди, а испарение еще не такое сильное, как летом, и пустыня покрывается ковром тюльпанов, маков и других растений. Однако короткий период бурного развития растительности совпадает с периодом активности почвенных организмов, поэтому почти все органические остатки разлагаются до углекислого газа и воды, минуя стадию гумуса, и содержание его в почвах пустынь всего 1 - 2%.

Несмотря на недостаток влаги, в степи и даже в пустыне есть почвы, которые испытывают периодическое, а некоторые и постоянное переувлажнение. Это почвы, связанные с близким залеганием к поверхности грунтовых вод. В степной зоне они называются луговыми и лугово-степными (лугово-черноземными и лугово-каштановыми), а в пустынях к ним добавляются и лугово-пустынные почвы. Луговые почвы переувлажнены наиболее сильно. Грунтовые воды в степях и пустынях содержат большое количество минеральных солей, поэтому и в переувлажненных почвах их тоже много. Гумусовый горизонт этих почв имеет темный, почти черный цвет, а ниже залегают знакомые нам по тундровым и лесным почвам глеевые горизонты сизого и ржавого цветов.

Есть в пустынях и особые почвы, которые называются такырами. Это почвы глинистых понижений, которые в период весенних дождей наполняются водой. Потом вода высыхает, и на поверхности понижений так же, как и на месте луж на более знакомых нам проселочных грунтовых дорогах Центральной России, образуется глинистая корка, которая растрескивается на шестиугольники, прямоугольники, треугольники.

 

 

САМЫЙ ЯРКИЙ ОБРАЗ ПУСТЫНЬ - пески, переносимые сильными ветрами, но если они хоть на какой-то срок закрепляются выросшей на них растительностью, то здесь формируются песчаные пустынные почвы с серым тонким гумусовым горизонтом. Они могут совсем не содержать ни растворимых солей, ни карбонатов. Песчаные пустыни по площади не преобладают в зоне пустынь. Больше пустынь глинистых, суглинистых, супесчаных с серо-бурыми пустынными почвами. Наиболее бесплодные — каменистые пустыни, где не хватает не только воды, но и почвенного мелкозема. Очень яркие и запоминающиеся почвы степей и пустынь — это солончаки, солонцы и солоди. Они занимают иногда больше половины площади всего почвенного покрова крупных территорий (подробно о них см. в разделе «Незональные почвы»).

 

 

ПОЧВЫ ТРОПИКОВ И СУБТРОПИКОВ. Первое, что бросается в глаза, когда попадаешь в низкие широты, в районы экваториального, субэкваториальных, тропических и субтропических поясов, — это красный цвет земли. Красная глина, красный песок, красные мутные реки после дождей, красная пыль, оседающая на одежде путешественника, создают у человека, приехавшего из мира серых и бурых земель, ощущение другой планеты. На почвенных картах показано, как этот «красный пояс» охватывает сушу Земли: почвы низких широт изображаются с помощью цветов, имеющих красный оттенок. И названия почв здесь соответствующие: красноземы, красно-желтые, красные, коричнево-красные, красновато-бурые.

Почему же почва в тропиках так окрашена? Это произошло благодаря почвообразующим породам, которые подвергались сильному выветриванию. В этой огромной по площади части земного шара никогда не бывает снежного покрова и промерзания почв. Здесь почти везде, за исключением субтропиков, где зимой прохладно, — постоянное лето. На значительной части этой территории за год выпадает более 1000 мм дождей, т. е. слой воды толщиной более 1 м.

Тепло и влага — огромная разрушительная сила для минералов, поскольку теплая вода растворяет их намного сильнее, чем вода из талого снега. Кроме того, тепло и влага — благодатная среда для буйной растительности, которая круглый год «впрыскивает» в почву все новые и новые порции органических кислот, а почвенные воды разносят их на большую глубину. Очень важно и то, что возраст поверхностных слоев грунта в тропиках и субтропиках — сотни тысяч и миллионы лет. Этим они сильно отличаются от почв умеренных широт, где на большей части территории был ледник и возраст почв определяется «всего» в десятки тысяч лет.

 

 

В ВЕРХНИХ СДОЯХ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ, которые и служат почвообразующей породой для почв тропиков и субтропиков, остаются в основном самые устойчивые минералы — каолинит, состоящий из алюминия, кремния, кислорода и водорода, оксид кремния — кварц, а также большое количество окислов железа и алюминия. Вот эти окислы железа и придают почвам и корам выветривания красный цвет. Иногда такие почвы называют ферраллитными за высокое содержание железа (от лат. ferrum — железо, aluminium — алюминий и греч. lithos — камень).

В почвах тропиков и субтропиков, особенно при очень влажном климате, большинство питательных веществ вымывается. Они содержатся только в подстилке, дернине и гумусовом горизонте. Именно оттуда их высасывает буйная растительность и туда же возвращает для своих «потомков».

 

 

В зависимости от влажности климата и от степени выветрелости минералов в тропиках и субтропиках и создается такое «разноцветье» почв.

 

 

НАИБОЛЕЕ ВЛАЖНЫЕ ПОЧВЫ экваториального пояса — красно-желтые почвы, а в субтропическом поясе они называются красноземами и желтоземами. В этих лесных почвах подстилка и небольшой гумусовый горизонт сменяются горизонтами выветривания с красной и желтой окраской. Сильно выветрелые, но менее влажные почвы субэкваториальных высокотравных саванн называются красными. В них гумусовый горизонт отличается значительно большей мощностью, чем в лесных экваториальных почвах. В более сухих саваннах и жестколистных лесах почвы менее выветрены, в них меньше красного гематита и больше бурого гетита, поэтому эти почвы называются красно-бурыми и коричнево-красными. Гумусовый горизонт в них менее темного цвета и меньшей мощности, а в профиле могут появляться карбонаты кальция. Еще более сухие и еще менее выветрелые почвы опустыненных саванн относятся к красновато-бурым почвам. В них кроме карбонатов могут встречаться и гипсовые новообразования. И только в пустынях, где никогда не было влажного климата (например, в центральной части Сахары), тропические почвы не красные. Здесь почвы относятся к бурым тропическим пустынным. В наиболее безжизненных пустынях мира, где осадки могут не выпадать годами (Атакама в Южной Америке и некоторые районы Сахары), почвы сменяются голыми каменистыми и песчаными поверхностями. Здесь много засоленных почв и солончаков. В Атакаме настолько сухо, что там образовались отложения селитры (нитрата калия) — одной из наиболее растворимых в воде солей.

 

 

ПОЧВЫ СУБТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА часто представляют собой переходную стадию между красными почвами низких широт и почвами умеренного пояса. Самые влажные красноземы и желтоземы наиболее близки почвам экваториального пояса. В субтропиках широко распространены почвы, в которых красный цвет постепенно исчезает по мере увеличения сухости климата. В южноамериканских саваннах — пампах встречаются красновато-черные почвы. Они как бы находятся между почвами красной окраски и черноземами. В них под черноземовидным горизонтом залегает красноватый выветрелый горизонт. На больших площадях Средиземноморья, Восточного Кавказа и в горах Центральной Азии, а также в Америке, Африке и Австралии под субтропическими сухими лесами и кустарниками формируются коричневые почвы, в которых есть признаки и красноватых почв, и почв умеренного климата — буроземов. В профиле коричневых почв под темным гумусовым горизонтом есть горизонт выветривания, который краснее, чем в буроземе. Почвы еще более сухих ландшафтов — кустарниковых степей Азербайджана, Ирана и Центральной Азии — относятся к серо-коричневым (они карбонатны, и гумуса в них мало), а от них уж рукой подать до сероземов, которые относятся к почвам субтропиков.

 

 

В тропиках и субтропиках часто встречаются также черные слитые почвы. В сухих условиях, так же как и в умеренном поясе, в почвенном покрове тропиков и субтропиков большие площади могут занимать такыры, песчаные пустынные почвы, солончаки, солонцы.

 

 

ДЛЯ ПОЧВ ТРОПИКОВ важны в первую очередь беспозвоночные животные, а особенно термиты и огромные земляные черви. Термиты из частичек почвы строят термитники таких размеров, что в них может укрыться слон. В засушливых местах термиты способны на несколько десятков метров проделывать ходы в глубь земли, чтобы достать грунтовые воды.

 

 

Вместе с водой они извлекают необходимые для питания химические элементы и, доставая их на поверхность почв, увеличивают плодородие. Огромную роль в формировании тропических почв играют черви. Некоторые их виды достигают огромных размеров — 3 м в длину и 2,5 см в диаметре.

 

 

Они перемешивают органические остатки тропических почв, которые попадают на поверхность, или затаскивают их на глубину, тем самым спасая от немедленного разложения, и формируют гумусовые горизонты. Их выбросы (высотой 20 - 25 см) на поверхность напоминают по размеру выбросы кротов.

 

 

Можно ли, не уезжая в далекие южные края, хоть чуть-чуть почувствовать себя в тропиках? Если иметь в виду цвет земли, то можно. На юге России, в районе Сочи, а также у наших соседей в Азербайджане можно встретить настоящие субтропические желтоземы, а в Грузии — настоящие красноземы. Однако красные почвы есть и там, где по всем законам географии почв быть им не положено, например в Архангельской области, недалеко от Санкт-Петербурга, в Татарии, Пермской и Кировской областях, некоторых районах Зауралья, Сибири, в степях Казахстана. Здесь красный цвет почв обусловлен очень древними (сотни миллионов лет) корами выветривания, когда климат в этих местах был такой же, как и в современных тропиках. Кое-где ледник сильно смял эти древние рыхлые породы, но цвет их сохранился. На них иногда формируются обычные подзолистые почвы и подзолы с розовыми горизонтами вымывания, и порой даже промывание почв снеговыми водами не может изменить исходный цвет породы. В степи на красных породах формируются черноземы, каштановые почвы, солонцы.

 

 

 

На многих школьных почвенных картах все почвы гор — от экватора до полюса — имеют одно название — «Почвы горных территорий». На других картах почвы гор покрыты штриховкой, а в легенде их называют «горные бурые лесные», «горные черноземы». Чем эти почвы отличаются от своих равнинных «братьев и сестер», не всегда понятно. Попробуем разобраться.

 

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ГОР на карте действительно изображать очень сложно. Если указывать только то, что преобладает на поверхности, то о почвах большинства горных территорий мы, глядя на карты, вообще ничего не узнаем. Ведь тогда на карте будут указаны только каменистые россыпи и выходы скал.! А в горах даже на небольших расстояниях почвы меняются очень сильно. Ведь здесь действует закон высотной поясности. Проехав по горной дороге километров десять, можно побывать в зоне черноземов, бурых лесных почв и почв горных тундр или лугов. Вот почему почвенный покров гор, изображаемый на профессиональных почвенных картах, — это настоящее произведение искусства, похожее на тканый ковер восточных мастеров. Там и каменистые россыпи, и тонкие извивающиеся полоски высотных почвенных зон, и узкие длинные контуры почв горных долин.

 

 

КАК ЖЕ МОЖНО ЗАПОМНИТЬ все это многообразие почв в горах? Это не так уж сложно, если знать принцип действия закона высотной поясности. Как правило, с высотой понижается температура и увеличивается количество осадков, поэтому если у подножия гор находятся, например, каштановые почвы, то выше будут располагаться почвы чуть менее теплого и более влажного климата, т. е. черноземы. Выше горных черноземов идут почвы широколиственных лесов — горные серые или горные бурые лесные, которые сменяются почвами горной тайги — горными подзолами и подбурами. Выше встречаются высотные пояса тундр с теми же подбурами или пояса горных лугов с горно-луговыми почвами, а далее — пояс гольцов (аналог ландшафтов высоких широт Арктики с каменистыми россыпями и пятнами примитивных почв), «вечные снега» и ледники. Горные тундры, как правило, находятся в горах с холодным климатом (Скандинавские горы, северная часть Урала, горы Сибири и Дальнего Востока), а горные луга — с более теплым (Карпаты, Крым, Кавказ, горы Средней Азии). Если же у подножия гор шумит «зеленое море тайги» с подзолистыми почвами, то выше будет гораздо меньше высотных поясов — горные тундры с подбурами, гольцы и ледники.

 

 

ГЛУБИНА ПОЧВЕННОГО ПРОФИЛЯ в горах, как правило, меньше, чем на равнине, и в почве содержится больше щебня и меньше мелкозема. Нужно также помнить, что основная поверхность в горах — это склоны, поэтому верхние горизонты почв могут быть подвержены не только «быстрым» склоновым процессам типа эрозии, но и медленному оползанию и течению грунтов. Иногда встречаются почвенные профили с чужими, сползшими сверху почвенными горизонтами. Бывает и так, что горизонт вымывания в почве склона есть, а горизонта вмывания нет. Это значит, что все вымытое вещество не задержалось на месте, а унеслось вниз по склону вместе с почвенными водами.

 

 

СУЩЕСТВУЮТ также горно-луговые и высокогорные пустынные почвы (сухие почвы высокогорий Памира и Тибета), которые на первый взгляд не имеют равнинных аналогов. Однако по своему строению почвы горных лугов очень похожи на дерново-торфянистые субарктические и субантарктические почвы приокеанических лугов, хотя и развиваются в условиях более холодной зимы. Почвы сухих высокогорий не очень хорошо изучены, но, вероятно, они близки почвам холодных пустынь Антарктиды.

 

ОДНАКО если профили, горных почв слабо отличаются от равнинных, то почвенный покров гор совсем не похож на покров равнин. В горах преобладают каменистые россыпи, а горные почвы встречаются редко, отдельными пятнами. Кроме того, почвы и рыхлые геологические отложения подвергаются в горах сильнейшей эрозии, поэтому здесь распространены почвы без верхних, гумусовых горизонтов. Тут также много почв молодых, формирующихся на свежих породах, которые появились на поверхности всего десятки и сотни лет назад после размыва почвенных горизонтов. В горах, где нет глубоких рыхлых отложений, накрывающих, как одеяло, многочисленные плотные породы на равнинах, набор почв более разнообразен.

 

 

Рассказывая о почвах разных поясов Земли, мы главное внимание уделяли почвам зональным, т. е. почвам, которые формируются на наиболее распространенных почвообразующих породах (суглинках, глинах, песках) и подчиняются закону широтной зональности. Между тем в природе существуют и такие почвы, которые не вписываются в рамки общих законов. Пересекая несколько почвенных зон и находясь или в тропиках, или в холодном климате, такие почвы называются незональными. Как правило, их отличие от зональных почв состоит в том, что они формируются при большом избытке влаги или на особенных почвообразующих породах или же находятся под сильным воздействием какого-либо внешнего фактора (например, периодический разлив рек, морские приливы, выпадение вулканического пепла и др.).

 

 

БОЛОТНЫЕ ТОРФЯНЫЕ ПОЧВЫ - самые распространенные почвы среди незональных. Их можно обнаружить во всех природных поясах — от арктического до экваториального. Больше всего их в зоне лесов умеренных широт, но много и во влажных тропиках. Встречаются они даже в пустынях. Для формирования болотных торфяных почв необходимо сильное переувлажнение, которое может возникать вследствие как очень влажного климата, так и плоского рельефа, когда медленно текущие ручьи и реки не успевают сбросить всю выпавшую из атмосферы воду. При застое воды и недостатке кислорода большинство почвенных организмов, разлагающих растительные остатки, не могут жить на моховых болотах, а потому все недоразложившиеся остатки накапливаются в виде торфа. На верховых моховых болотах торф очень беден питательными веществами, а на низинных травяных болотах, наоборот, довольно богат. Болотные торфяные низинные почвы при мелиорации могут использоваться как пастбища, луга и даже пашня.

В зонах с недостаточным климатическим увлажнением широко распространены почвы, формирование которых связано с засоленными породами или солеными грунтовыми водами. Называются они солончаки, солонцы и солоди. Ясно, что все эти слова имеют общий корень — «соль». Названия похожие, а почвы разные.

 

 

СОЛОНЧАКИ — это почвы, в поверхностном горизонте которых содержится больше 1% легкорастворимых солей, что придает поверхности почвы белый цвет. В сухой период из неглубоких соленых грунтовых вод или из намокших после весенних дождей засоленных грунтов почвенные растворы по тонким порам почвы двигаются вверх. Попадая на нагретую солнцем поверхность, они высыхают, оставляя после себя соль. Высокое содержание солей не может выдержать большинство растений, поэтому здесь растут только солянки и другие устойчивые к засолению почв виды. Солончаки больше всего распространены в пустынях, но могут встречаться и в степях, а также в зоне влияния морских солей, вплоть до Арктики и Антарктиды.

 

 

СОЛОНЦЫ — это почвы, в которых легкорастворимых солей вообще может не быть. Несмотря на то что эти почвы распространены в сухих областях, южнее черноземов, у них, как и у таежных подзолистых почв влажного климата, есть горизонты вымывания и вмывания. Горизонт вымывания — светлый сухой и «пылящий», если по нему ехать на машине или скакать на лошади. Темно-бурый горизонт вмывания — это горе для почвоведов, потому что он такой плотный, что его с трудом можно прокопать лопатой. Ниже в профиле солонцов располагаются карбонатный и гипсовый горизонты. Для того чтобы образовались такие почвы, в породе изначально должно быть много солей натрия, глубоко залегающие грунтовые воды и весенний период промачивания. У натрия есть способность активизировать движение глинистых частиц в почвенном растворе и формировать горизонты вымывания и вмывания. Если климат становится влажнее, то натрий может быть полностью вымыт из почвенного профиля. При разрушении плотного горизонта вмывания из солонцов получаются солоди.

 

 

В СОЛОДЯХ по сравнению с солонцами более мощный белесый горизонт вымывания, не такой плотный горизонт вмывания бурого цвета, уже нет гипсового горизонта, а карбонатный может быть глубже. Солоди часто формируются в широких, но мелких западинах рельефа в равнинных степях и лесостепях. Как солонцы, так и солоди встречаются на территории от мерзлотных областей Центральной Якутии и Канады до субтропиков и тропиков с засушливым климатом.

 

 

ДЕРНОВО-КАРБОНАТНЫЕ ПОЧВЫ (или рендзины) имеют темный гумусовый горизонт. Их появлению в совершенно разных климатических зонах способствовали плотные карбонатные породы. В умеренных широтах эти почвы наиболее сильно отличаются от своих соседей, но встречаются они и в полярных областях, и в субтропиках, и в тропиках.

 

ПОЙМЕННЫЕ (АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ) ПОЧВЫ играли чрезвычайно важную роль в жизни человека с древних времен и до наших дней. Пойменные почвы образуются в речных долинах в результате периодического затопления в сезон дождей или таяния снегов и ледников в горах, когда с этими водами намываются частицы почв и горных пород. Эти почвы, как правило, более плодородны, чем окружающие их зональные почвы. Пойменные почвы не страдают от недостатка влаги и накопления вредных солей, как зональные почвы сухих областей, и от такого вымывания питательных элементов, как типичные почвы влажных областей. Во многих аллювиальных почвах накапливаются «сливки» гумусовых горизонтов из окружающих речные долины почв. Особенностью почвенного профиля аллювиальных почв является слоистость — чередование гумусовых горизонтов и горизонтов песчаных или суглинистых речных наносов. Причем чем дальше от русла реки, тем слоистость видна хуже, а на удалении образуются уже неслоистые аллювиальные почвы с зернистым гумусовым горизонтом, похожим на горизонт черноземов в пойменных почвах рек даже лесной зоны. В поймах много также аллювиальных болотных и глеевых почв.

 

 

ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ПОЧВЫ - еще одна группа «непослушных» почв. Они формируются в тех районах, куда время от времени падает вулканический пепел от извержения вулканов (Камчатка, Курилы, Япония, Индонезия, Исландия, некоторые районы Кордильер, Анд, многие острова Тихого океана). Вулканические почвы отличаются слоистостью и «легкостью» из-за очень большого количества пор в вулканическом пепле, как в пирожном безе. В экваториальном поясе земледельцы очень любят осваивать эти почвы, потому что в них намного больше питательных веществ, чем в соседних красно-желтых сильно выветрелых почвах. Некоторые вулканические почвы с мощными гумусовыми горизонтами — это самые плодородные почвы мира; они обладают еще лучшими свойствами, чем черноземы.

 

 

«ПОЧВЫ-АМФИБИИ» — очень своеобразные незональные почвы. Они формируются в зоне воздействия морских приливов и отливов. В отличие от обычных аллювиальных почв, заливаемых пресной водой, в почвах маршей (низменные побережья умеренных широт, типичные для Нидерландов, ФРГ, Дании и др.) и мангров (заболоченные побережья приливной зоны в тропиках) большую роль играет соленость морской воды, и в первую очередь содержание в ней солей серной кислоты — сульфатов. Сульфаты в условиях недостатка кислорода превращаются в сульфиды и выпадают в осадок, соединяясь с элементами железа и алюминия, выносимыми реками. Во время обсыхания прибрежных почв сульфиды железа и алюминия окисляются до сульфатов, в результате получаются соли слабых оснований и очень сильной серной кислоты. Как мы знаем из химии, благодаря гидролизу реакция таких солей в растворе такая сильнокислая, что не выдерживают многие материалы. Вот почему при строительстве дамб и последующем откачивании морской воды в процессе отвоевывания у моря прибрежных земель приходится сыпать очень много извести для нейтрализации этих сильнокислых почв. Так, например, это делают в Голландии.

 

 

САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ по площади незональные почвы на Земле после болотных — это почвы переменно-влажных областей. Они формируются на тяжелых глинах, где самым важным компонентом почвообразования служит минерал с устрашающим названием монтмориллонит. Этот глинистый минерал обладает способностью сильно набухать при намокании и съеживаться при высыхании. Чередование влажных и сухих периодов приводит к образованию широких трещин внутри этих почв, в которые в сухой период засыпается мелкозем. Во влажный период он разбухает, и в профиле этих почв возникают очень сильные напряжения. Почвенный материал начинает корежиться и двигаться из-за неравномерного намокания и набухания. В таких условиях даже первоклассные автомобильные дороги покрываются ухабами и выбоинами и требуют постоянного ремонта. В международной классификации эти почвы называют вертисоли — «вертящиеся» почвы, поскольку материал верхних горизонтов из-за сильных напряжений набухания постепенно перемешивается, совершая обороты сверху вниз и снизу вверх. За необыкновенную монолитность в сухом состоянии у нас их называют черные и серые слитые. Больше всего таких почв в тропиках и субтропиках, а в России они встречаются на Северном Кавказе.
 

 

Когда речь заходит о почве, обычно первое, о чем мы думаем, — это о ее плодородии. Действительно, способность почв поддерживать жизнь на Земле — самое главное ее свойство. Однако только этим не ограничивается роль почвенного покрова в жизни нашей планеты.

В наше время, когда человек активно вмешивается в глобальные природные процессы, пожалуй, одним из главных свойств почвенного покрова является его способность противостоять загрязнению, которое ему наносит человечество. Почвенный покров принимает на себя основной удар от загрязнения кислотными дождями, тяжелыми металлами, гербицидами и пестицидами. И еще одно важнейшее свойство — почвенный покров регулирует содержание газов в атмосфере: при помощи организмов, обитающих в нем и на нем, поглощает часть углекислого газа, который человек, сжигая топливо, миллиардами тонн каждый год выбрасывает в атмосферу.

Так почвы защищают Землю от «парникового эффекта» и потепления климата. Однако плодородие почвенного покрова, защита растений и вод от загрязнений и нежелательных климатических изменений в первую очередь необходимы нам, людям! Между тем значение почвенного покрова в жизни Земли не только в этом. Почвенный покров Земли очень важен для биосферы, гидросферы, атмосферы и литосферы.

 

 

ДЛЯ БИОСФЕРЫ почва — хранитель семян, в том числе и семян растений далекого прошлого, которые тысячи лет могут ждать благоприятных условий, чтобы взойти. Велико значение почвы и для сохранения разнообразия животных на нашей планете. В почвенном теле проживают тысячи видов различных организмов, особенно микроорганизмов и беспозвоночных. Некоторые млекопитающие, например кроты, могут жить и питаться только в почве. Следовательно, для биосферы роль почвы как генетического банка очень велика.

 

ДЛЯ ГИДРОСФЕРЫ — вод рек, озер, морей и океанов — почва тоже очень важна. Почвенный покров, как большая губка, впитывает в себя влагу дождей и талого снега, а затем потихоньку отдает ее как растениям, так и ручьям и рекам, т. е. почва выступает в роли регулятора гидрологического режима рек. Без этой способности почв в средней полосе России, например, почти каждое лето были бы засуха и обмеление рек, а каждую весну — «всемирный потоп». Однако почвенный покров регулирует не только количество воды, отдаваемое рекам и озерам, но и ее качество. Почва задерживает загрязняющие вещества, обогащает поверхностную воду минеральными солями, делая ее пригодной для питья. Попробуйте на вкус дождевую воду, а потом воду из ближайшего естественного источника — и вы почувствуете, насколько дождевая вода хуже. Вода без минеральных солей вредна для живых организмов, в том числе и для человека, потому что она растворяет и вымывает соли самого организма.

 

 

ДЛЯ АТМОСФЕРЫ почва — регулятор газов, о чем мы уже говорили выше. Кроме того, почва сильно влияет на тепловой баланс Земли. Из физики мы знаем, что черное тело тепло поглощает, а белое отражает. Значит, распаханные черноземные поля сильно впитывают солнечное тепло, а каменистые россыпи светлых кварцевых или сланцевых пород активно его отражают. Такие почвенные горизонты, как торфяные, при охлаждении удерживают тепло в почве, а при нагревании не дают прогреваться глубоким почвенным горизонтам. Почва — это также «поставщик» пыли в атмосферу. Пыль, отражая солнечные лучи, влияет на тепловой баланс планеты. Если вдруг огромные массы почвенных частиц в результате какого-нибудь катаклизма (удара крупного метеорита, ядерной войны) поднимутся в атмосферу, то для нашей планеты может наступить долгая «зима».

 

ДЛЯ ЛИТОСФЕРЫ почва — это «фабрика глин». Именно в почве плотные горные породы под воздействием атмосферы и организмов разрушаются, превращаясь в глинистые и песчаные частицы. Глины, так же как и песок, накапливаются в морских бассейнах и в период активизации глубинных процессов Земли и формирования гор опять оказываются на поверхности в виде сланцев и песчаников. Поэтому многие плотные породы, которые мы называем горными, состоят из частичек, которые успели когда-то побывать почвой. Почва — это щит, предохраняющий поверхность от сильной эрозии. В процессе почвообразования и накопления гумуса в почве создается прочная зернистая и комковатая структура, которая мешает воде и ветру разрушать поверхность.
 

 

Океан — это обширная часть Мирового океана, характеризующаяся большими размерами, самостоятельной циркуляцией вод и атмосферы над ними, существенными особенностями в распределении водных масс и величине физико-химических параметров, а также в их режиме. Океан неоднороден. Слагающие его элементы принято называть водными массами. Каждая из них представляет собой сравнительно большой объем воды, формирующейся в определенном районе Мирового океана — источнике этой массы, обладающей в течение длительного времени почти постоянным и непрерывным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс и распространяющихся как целое.

По вертикальному положению в открытом океане водные массы бывают поверхностными и подповерхностными, занимающими верхние этажи водной толщи (до глубин порядка 500 м), промежуточными (в интервале глубин 500 - 1000 м), глубинными (1200 - 4000 м) и придонными (глубже 4000 м). Наибольшее распространение в Мировом океане получила холодная антарктическая придонная водная масса. Ее воды в Атлантическом океане достигают 40-й параллели с. ш., в Индийском — северных окраин океана, в Тихом — 7°, а местами и — 20° с. ш.

Океанологи выделяют экваториальные, субтропические, арктические и другие водные массы. Иногда водным массам дают имена морских бассейнов, в которых они зарождаются. Например, в северо-восточной части Индийского океана есть аравийская, красноморская, персидская водные массы. Водная масса может распространяться на достаточно большие расстояния от места своего формирования. Например, в Индийском океане антарктическая придонная водная масса достигает северных окраин глубоководных котловин в центре бассейна, т.е. примерно 22° с. ш. В этот же океан глубинными течениями переносится атлантическая глубинная водная масса. В морях, особенно во внутренних, общее количество водных масс невелико. Так, в Средиземном море исследователи выделяют атлантическую поверхностную, левантийскую промежуточную и средиземноморскую глубинную водные массы.

 

 

ЕДИНЫЙ МИРОВОЙ ОКЕАН традиционно подразделяется на четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Границы отдельных океанов показаны на карте. Водные рубежи океанов условны, особенно в высоких широтах Южного полушария. С таким разграничением согласны не все ученые. Часть исследователей предлагают выделить в водах, окружающих Антарктику, пятый океан — Южный, своеобразный аналог Северного Ледовитого. Эта точка зрения правомерна, поскольку в южных приполярных районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов существует особый режим вод. Северной границей пятого океана стало бы Антарктическое течение, огибающее земной шар в районе 150-й параллели.

Серьезнейшим аргументом противников выделения самостоятельного Южного океана является значительная по масштабам сезонная миграция северной границы антарктических вод — около 4° по широте. В случае вьделения Южного океана его размеры менялись бы в зависимости от сезона. Это создавало бы массу неудобств при описании пограничных акваторий, да и самих океанов в целом, а также при анализе их гидрологического режима.

Название Атлантика пришло к нам из глубокой древности. Ученые полагают, что связано оно с названием Атласских гор на северо-западе Африки. Следовательно, Атлантическое море во времена Гомера и Гесиода буквально означало «море за горами Атласа». Позднее греки стали так обозначать юг известной им части современного Атлантического океана, а прилежащие к Европе воды называли то Внешним морем, то Западным, то Северным. Последнее название продержалось до 1650 г., когда на карте голландца Варениуса впервые появились слова «Атлантический океан» в их современном понимании.

Тихий океан был назван Фернаном Магелланом, так потому, что в течение всего путешествия ни одна буря не нарушила покой мореплавателей. До этого, благодаря Васко Нуньеса де Бальбоа, который первым пересек Панамский перешеек, разделяющий два огромных водных бассейна, океан назывался Южным морем, в противоположность Северному, т. е. Атлантике. В XVIII в. появилось новое название океана — Великий, более соответствующее его размеру и характеру, но оно не прижилось. Индийский океан с давних времен был известен как Индийское море. Океаном впервые был назван в XVI в. Некоторые исследователи XVIII в. считали этот океан частью Тихого и называли его Великим Индийским заливом. Это европейские названия океанов. Мореплаватели других континентов давали океанам свои названия.

Океанские акватории в Южном полушарии по площади больше, чем в Северном: 81 и 61% соответственно. Окраинные части океанов разделяются на моря. Море — относительно небольшая часть океана, прилегающая к материку или вдающаяся в него, которая отличается от остального океана геологическими, гидрологическими, геохимическими и другими особенностями. Н.Н. Зубов писал, что самым существенным моментом при выделении морских бассейнов надо считать наличие самостоятельных водных масс и их особого гидрологического режима. Нередко моря отделяются от остального океана островными дугами, как, например, Берингово море, или же выступами побережья, как Мексиканский залив. Очень часто внешними границами морей (как и самих океанов) служат условные линии.

 

 

Моря бывают окраинными, межостровными и внутренними. К окраинным относятся, например, моря российской Арктики. Межостровные моря легко найти в Индо-Малайском архипелаге: Сулавеси, Банда, Яванское и др. Внутренними морями являются Балтийское, Средиземное, Черное. Кроме того, существует разделение морей на внутриматериковые и межматериковые. Так, Белое море — классический пример бассейна первого типа, Средиземное море — второго. Более мелкие акватории морей и океанов — заливы. В них отсутствуют самостоятельные водные массы, а циркуляция вод подчинена общим динамическим законам того или иного океанского (морского) бассейна. Если посмотреть на карту Мирового океана, то можно заметить множество несоответствий в названиях морских бассейнов. Так, Мексиканский залив на самом деле является окраинным морем Атлантического океана, Персидский залив — внутренним морем Индийского океана, Бенгальский залив — окраинным морем того же океана, тогда как Аравийское море фактически представляет собой океанский залив, подобно Бискайскому. Такая путаница в названиях возникла в период становления мореплавания. Иногда ее удается устранить. Например, водное пространство между Гренландией и островами Канадского арктического архипелага долгое время на картах обозначалось как Баффинов залив. Но во второй половине XX в. океанологи установили, что эта акватория обладает всеми характеристиками морского бассейна, и на картах появилось море Баффина.

 

 

Больше всего морей в Тихом океане. В советском атласе Тихого океана, изданном в 1974 г., показано 28 морских бассейнов, в том числе самое крупное и самое глубокое море на Земле — Филиппинское. Однако в атласе в их число не входят отдельные акватории, называемые местными жителями, и даже некоторыми исследователями, морями. Это обширные межостровные акватории Филиппинского архипелага, море Натуна в юго-восточной части Южно-Китайского моря и др. В Атлантическом океане выделено 16 морей и близких им по величине и гидрологическому режиму заливов, в Северном Ледовитом — 14, в Индийском — 13. Впрочем, и в этих океанах есть объекты с названием «море», которые обычно не признаются учеными за самостоятельные моря. Так, юго-восточная часть Баренцева моря нередко даже в специальной литературе называется Печорским морем, хотя, конечно, самостоятельным морским бассейном не является. Определение границ и размеров морей все еще продолжается. Поэтому в справочных изданиях разных лет сведения об отдельных морях могут различаться.

Не полностью уточнены и названия отдельных морских бассейнов. Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО рекомендовала при научных исследованиях ограничиться всего 59 морями.

 

 

ПРОЛИВЫ СОЕДИНЯЮТ одну часть моря с другой, одно море с другим, море с океаном и т. д. Проливы, соединяющие океаны или моря, не принадлежат ни к одному из связываемых ими водных бассейнов. Проливы бывают самыми разнообразными по величине. Именно размеры пролива определяют интенсивность водообмена практически изолированного бассейна с просторами открытого океана, а это существенно влияет и на динамику морского бассейна, и на качество его вод. Мелководный пролив образует в таком случае подводный порог, препятствующий водообмену в глубинных горизонтах.