Предметом физической географии является географическая оболочка, или ландшафтная сфера, поскольку она представляет собой полый шар (точнее эллипсоид вращения), а ландшафтная — потому, что она состоит из ландшафтов или из ландшафта, понимаемого как совокупность земной коры, водной оболочки (гидросферы), нижней части воздушной оболочки (тропосферы) и населяющих их организмов. Географическая оболочка обладает большой степенью единства; она получает энергию как от Солнца, так и из внутриземных источников — радиоактивных элементов, содержащихся в земной коре. Все виды вещества и энергии проникают друг в друга и взаимодействуют. Жизнь в ее естественных проявлениях (поэтому космонавты — не в счет) возможна на Земле только в пределах географической оболочки, только она одна отличается означенными выше свойствами, а другие сферы Земли, лежащие как внутри ее, так и снаружи, ими не обладают.
Географическая оболочка (ландшафтная сфера) — очень тонкая пленка, но значение ее для человека неизмеримо велико. Он в ней родился, совершенствовался, достиг почетного звания «царя природы» и еще сравнительно до недавнего времени никогда не выходил из ее пределов. Поэтому естественно, что ландшафтную сферу люди должны знать особенно хорошо и посвящают ей особую науку — ф и з и ч е с к у ю географию. Они должны знать ее всю целиком, в основных ее проявлениях, в общих закономерностях, разнообразии, всех местных сочетаний условий, всех форм, которые она принимает, т. е., все типы ландшафта. Поэтому физическая география и делится на две части — общее землеведение и ландшафтоведение.
Границу между двумя частями физической географии нельзя провести точно, есть промежуточные области науки, которые можно отнести как к одной, так и к другой.
Общее землеведение и ландшафтоведение— это и есть то ядро физической географии, которое осталось после отделения от "нее частных или отраслевых наук.
Д.Л. Арманд (1968) понимал недоумение геологов о том, как геологию, имеющую бóльшее значение для народного хозяйства, чем все вместе взятые географические науки, записать в географические науки. Действительно, практическое значение геологии очень значимо и она может быть самостоятельной наукой, но по законам логики и систематики она все же остается наукой географической, поскольку изучает земную кору, а земная кора — одна из четырех геосфер, входящих в ландшафтную сферу (географическую оболочку) и является предметом физической географии. Купить лодки надувные , каркасные и всё необходимое оборудование для лодок, вы сможете на сайте moto-mir.ru. Также же имеется возможность выбора техники бывшего употребления.
Также объяснимо и возможное недоумение со стороны географов-стравоведов (или «физических страноведов»). Их науки вообще нет в этой схеме. Описывая «страны», т. е. государства, или их административные части, они вынуждены укладываться в границы, чуждые природе, искусственные, постоянно меняющиеся. Они делают полезное дело для учебного процесса, для справочных изданий, для туризма, где настоятельно необходимы описания именно в государственных границах. Но сделать научные обобщения применительно к какой-либо стране, разделяющей на части горы и равнины, среди которых она расположена, — это нелогично, исходя из общности развития компонентов географической среды. Иначе обстоит дело в экономической географии. С точки зрения экономико-географа, государственные границы представляют собой реальные рубежи различных экономических систем. Поэтому экономическое страноведение безусловно является закономерной отраслью науки.
Требует ясности также и вопрос о внешних границах физической географии, собственно — о ее «спорных» границах с геофизикой и геохимией. Во-первых, с пространственной точки зрения эти науки изучают весь земной шар, простирающийся и во вне и внутрь неизмеримо дальше тонкого слоя, на который распространяется физическая география. Во-вторых, в пределах этого слоя физическая география рассматривает как живую, так и мертвую природу, в то время как геофизика и геохимия в основном ограничиваются последней. В-третьих, геофизика и в меньшей степени геохимия соответственно изучают общие физические и химические явления независимо от места и времени, в которых они проявились, а физическая география интересуется именно данным местом и временем и особым отпечатком, который накладывают на них конкретные сочетания местных условий. Конечно, находятся геофизики и геохимики, которые, переходя границу, разрабатывают чисто географические проблемы, за что мы, географы, должны быть им только благодарны. В принципе так же (за исключением первого пункта) решается и вопрос о границе географии и биологии. Только, разумеется, биология решает исключительно вопросы живой и неживой природы совместно.
В ряде наук, изучающих вложенные друг в друга материальные системы, физическая география твердо нашла свое место. Этот ряд (разделяя астрономию на три науки, из которых она состоит) имеет следующий вид:
Не раз ставился вопрос о принятии в состав географических наук астрогеографию (или планетологию). Оба эти названия по Д.Л. Арманду (1988) неудачны. Первое потому, что речь вовсе не о звездах, второе — потому, что планетологией разумно назвать науку, аналогичную геологии, изучающую недра, твердые тела планет. А науку, аналогичную географии, следовало бы назвать «планетографией», памятуя при этом, что ее задачи не сводятся к одному лишь описанию, но к всестороннему изучению ландшафтных сфер планет, так же как задачи географий давно уже не сводятся к описанию Земли.
Планетография распадается на лунографию, марсографию и т. д., хотя почему-то их называют селенологией, ареологией и т. д., применяя греческие названия к планетам, которые на европейских языках носят названия, происходящие от латинских корней. Но как бы они ни назывались, изучение ландшафтных сфер планет —это такая грандиозная задача, что она, конечно, заслуживает быть выделенной в отдельную науку. Хотя, несомненно, именно географы будут первыми поставщиками кадров лунографов, по крайней мере до тех пор, пока в наших вузах не будут созданы лунографические факультеты.
Несомненно также, что и краеведение имеет отношение ко всем отраслям географии, но также оно имеет отношение и к этнографии, истории, археологии. Такой широкий фронт интересов мешает ему подняться до уровня настоящей науки, сохраняя за ним очень важное «звание» общественного движения и очень нужную задачу популяризации знаний. Участие в краеведческом движении, в его географической части — прекрасная прикладная область работы географов.
Не смотря на общность характеристик, различие между географической оболочкой и ландшафтной сферой существует.
Географическая оболочка представляет сравнительно мощную (20-35 км) зону взаимопроникновения и взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы, характеризующуюся проявлениями органической жизни. Изучением географической оболочки Земли, её структуры и развития занимается физическая география. Ландшафтная сфера — это ограниченная по вертикали (от нескольких до 200-300 м) зона прямого соприкосновения и активного взаимодействия литосферы, атмосферу и гидросферы, совпадающая с биологическим фокусом географической оболочки. На океанах ландшафтная сфера приобретает двухъярусное строение. Изучением ландшафтной сферы Земли занимается особая наука — ландшафтоведение. Ландшафтоведение принадлежит к числу частных физико-географических наук, аналогичных геоморфологии, климатологии и гидрологии, и не является синонимом региональной географии.
Географическая среда — та часть ландшафтной оболочки Земли, внутри которой возникла и развивается жизнь человеческого общества (Анучин, 1960).
Элементы взаимопроникновения и взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы, как и проявления органической жизни, свойственны всей толще географической оболочки, однако непосредственное, прямое соприкосновение их, сопровождающееся вспышкой жизненных процессов, присуще только одной ландшафтной сфере.
Ландшафтная сфера — это совокупность ландшафтных комплексов, выстилающих сушу и океаны. В отличие от географической оболочки, ландшафтная сфера имеет небольшую мощность — не свыше нескольких сот метров. В ландшафтную сферу входят: современная кора выветривания, почва, растительность, животные организмы и приземные слои воздуха. В результате прямого соприкосновения и активного взаимодействия атмосферы, литосферы и гидросферы здесь образуются специфические природные комплексы - ландшафты.
Мощность ландшафтной сферы Земли оценивается по-разному, но едино мнение, что она возрастает от полюсов к экватору. С одной точки зрения, В тундре и арктических пустынях ее мощность в среднем не выходит за пределы 5-10 м под влажными гилеями, где идет на глубину 50-60 м, а над поверхностью почвы на такую же высоту и более поднимается древесный полог, мощность ландшафтной сферы достигает 100- 150 м. В этом возрастании мощности от полюсов к экватору есть известная аналогия между ландшафтной сферой и географической оболочкой Земли.
С другой точки зрения, верхней границей ладшафтной сферы (как предмета физической географии), является тропопауза — поверхность соприкосновения тропосферы со стратосферой. В слоях, лежащих ниже тропопаузы, состав воздуха постоянный, температура в общем падает с высотой, здесь дуют переменные ветры, располагаются облака водяного пара и происходит подавляющее большинство метеорологических явлений. Всего этого нет выше, в стратосфере и ионосфере. Тропопауза лежит на высоте от
9 км (близ полюсов) до 17 км (у экватора) над уровнем океана.
Соответственно, за нижнюю границу ландшафтной сферы принимается внутренняя граница земной коры, так называемый предел (граница) Мохоровичича. Выше него происходят процессы перемешивания земной толщи в ходе горообразования, циркулируют ювенильные (происходящие из глубинных пород) воды, образуются местные очаги расплавов, дающие начало большей части вулканов, и очаги местных землетрясений. Раздел Мохоровичича — пластичная зона, в ней вещество Земли пребывает в вязком состоянии и гасятся внешние возмущения, за исключением продольных волн землетрясений. Предел Мохоровичича находится на глубинах от
3 км (под океанами) до 77 км (под горными системами).
Своеобразный двухъярусный вариант ландшафтной сферы возникает в Мировом океане, где нет условий для прямого соприкосновения и активного взаимодействия сразу всех четырех основных оболочек Земли: литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. В океане наблюдается прямое взаимодействие лишь трех геосфер и, причем, в отличие от суши, - в двух разобщенных по вертикали местах: на поверхности океана (атмосферы с гидросферой и биосферой) и его дне (гидросферы с литосферой и биосферой). Тем не менее, элементы литосферы присутствуют и на поверхности океана в виде растворенных и взвешенных частиц.
В итоге взаимодействия гидросферы с атмосферой и биосферой верхние слои воды в Мировом океане насыщены газами атмосферы и пронизаны солнечным светом, что создает на поверхности океанов благоприятные условия для развития жизни. Поглощение солнечного света и особенно красной части его спектра, необходимой для фотосинтеза, происходит в морской воде сравнительно быстро, вследствие чего даже в морях, отличающихся прозрачной водой, растительные организмы исчезают на глубинах 150-200 м, а глубже обитают микроорганизмы и животные, для которых вышележащий слой фитопланктона служит основным источником питания. Именно этот нижний предел фотосинтеза и следует считать нижней границей поверхностного яруса ландшафтной сферы в океанах.
Нижний, донный ярус ландшафтной сферы в океанах формируется даже в глубоководных впадинах и желобах. В жизненных процессах нижнего яруса ландшафтной сферы океанов исключительно большую роль играют бактерии, обладающие огромной биохимической энергией.
По окраинам океанов, в пределах материковой отмели и в верхней части материкового склона, верхний и нижний ярусы ландшафтной сферы сливаются между собой, образуя одну ландшафтную сферу, насыщенную органической жизнью.
Ландшафтная сфера составляет предмет изучения особой физико-географической науки - ландшафтоведения, которая стоит в одном ряду с частными физико-географическими науками (гидрологией, климатологией, геоморфологией, биогеографией). Все они объектом изучения имеют отдельные компоненты - слагаемые географической оболочки: гидросферу, атмосферу, ландшафтную сферу, рельеф, органический мир. Поэтому нельзя согласиться с широкораспространенным мнением о том, что ландшафтоведение представляет собой синоним региональной (частной) физической географии.
Степень изменчивости природных компонентов ландшафтов во времени различна. Наибольшей консервативностью отличается литогенная основа, особенно ее геологический фундамент, наиболее крупные черты рельефа — геотекстуры, обязанные своим происхождением силам общепланетарного (космического) масштаба, и морфоструктуры, возникшие в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных сил, при ведущей роли первых — движений земной коры. Морфоскульптурные черты рельефа, обязанные своим происхождением экзогенным процессам, взаимодействующим с другими рельефообразующими факторами, подвержены значительно более быстрым изменениям. Быстрой изменчивостью во времени обладают также климат, почва и особенно биоценозы. Современный облик этих компонентов — результат событий в основном последней геологической эпохи.
Особенности ландшафтной сферы
Ландшафтная Сфера обладает еще одной характерной чертой — сложной и подвижной структурой: и толщи земной коры, и воды океана, и воздушные массы постоянно изменяются в пространстве и времени. К тому же в органическом мире (царство растений и царство животных) наблюдаются проявления самой сложной материи — живой. Вещество в пределах ландшафтной сферы отличается крайним разнообразием, множество химических соединений существует в этой тонкой пленке в самых критических условиях температуры и давления. Выше и ниже ландшафтной сферы наблюдается другая картина: однородные массы и условия простираются здесь на больших пространствах, границы их немногочисленны и постепенны.
Хотя в ландшафтной сфере твердые, жидкие и газообразные тела довольно резко разделены, они все время проникают друг в друга: пыль и водяные пары насыщают атмосферу, грунтовые и ювенильные-воды и воздух пронизывают земную кору, наносы, растворенные твердые вещества и тот же воздух содержатся в воде всех океанов. И во все сферы проникает жизнь. Недаром А.А. Григорьев назвал ландшафтную сферу «сферой взаимодействия атмосферы, литосферы, гидросферы, биосферы, радиации и других категорий энергии...».
Что касается энергии, то основных ее видов два: электромагнитная (лучистая) энергия Солнца, притекающая на внешнюю границу Земли с интенсивностью 2 кал/см 2 мин, и энергия радиоактивного излучения горных пород, слагающих земную кору, поток которой через поверхность суши и океанов, направленный вверх, достигает 0,0001 кал/см 2 мин. Как видим, второй поток исключительно мал по сравнению с первым, но проявления внутренней энергии Земли велики и сравнимы с деятельностью солнечной энергии. Все дело в условиях, в которых энергия выделяется. Внутриземная энергия, выделяющаяся в виде тепла в толще массивных горных пород, производит в них коренные изменения. Она расплавляет одни, заставляет расширяться другие, а так как их сдавливают лежащие выше слои, то они изгибаются, образуют складки, вспучиваются, иногда медленно, на протяжении миллионов лет, иногда бурно, разряжая внутренние напряжения разрушительными землетрясениями. При этом они создают рельеф земной поверхности, материки и океаны, горы и тектонические впадины. Они почти всегда работают против силы тяжести, вздымая на километры триллионы тонн горных пород.
Лучистая энергия по самой своей природе не способна непосредственно проникать в непрозрачные среды. Поэтому она входит в твердую земную кору только на глубину до
20 м, благодаря теплопроводности горных пород, а глубже — вместе с погребенными горючими ископаемыми. На поверхности Земли она нагревает массы воды и воздуха, которые при этом всплывают в верхние слои, вызывая, в свою очередь, приходящие им на смену течения в атмосфере и океане. Эти течения в виде ветра, морского прибоя и увлекаемых с воздушными потоками и вновь низвергаемых осадков постоянно обтачивают, обрабатывают земную кору. Их усилия всегда выражаются в денудации этой последней, т. е. сглаживании, сполаживании гор, заполнении и заилении котловин и океанов. Работая всегда в направлении силы тяжести, они стремятся придать Земле однообразную форму сфероида вращения.
Но тектонические движения вновь и вновь нарушают ровную поверхность, не давая солнечной энергии довести до конца ее работу. Причем внутренние (эндогенные) силы поднимают земную кору большими массами, не нарушая цельности ее дневной поверхности (за исключением, правда, вулканов), а внешние (экзогенные) стремятся нивелировать, все время обновляя эту поверхность.
На Земле есть и другие источники энергии: энергия приливов — преобразованная энергия вращения Земли в поле тяготения Луны и Солнца, которая, постоянно расходуясь, замедляет это вращение, энергия опускания наиболее тяжелых горных пород к центру Земли, энергия экзотермических (выделяющих тепло) химических реакций, которая действует вместе с радиоактивным распадом, и некоторые другие, не играющие большой роли.
В течение XX века уточнялись наши представления о распределении тепла по поверхности Земли. Трудами В.В. Докучаева, А.И. Воейкова и Л.С. Берга не только была приведена воедино картина тепловых поясов зонального строения Земли, но и было объяснено в основном происхождение каждой зоны, связанное с распределением по поверхности шара солнечной энергии и всеобщей циркуляции атмосферы.
Следующее уточнение в теорию зональности внес А.А. Григорьев, обратив внимание на чередование на Земле влажных и сухих зон. Зоны повышенной влажности повторяются в каждом полушарии по три раза. Особенно много осадков выпадает около 70º и 30º, а также близ экватора (рис. 2). А температура от полюса к экватору повышается почти непрерывно. Различные сочетания тепла и влаги обусловливают разные условия развития растительности, причем она развивается тем лучше, тем богаче и обильнее, чем больше соответствие между теплом и влагой, а также чем больше общее количество энергии, получаемой местностью. М.И. Будыко нашел для этой закономерности количественное выражение. Он показал, что процветание растительности зависит от величины радиационного индекса сухости R
/Lr
, где R
— солнечная радиация, r
— осадки, L
— коэффициент скрытой теплоты испарения. От полюсов к экватору это отношение сначала возрастает (в связи с возрастанием солнечной радиации R
), затем падает (там, где начинается зона повышенных осадков и увеличивается r
), затем снова возрастает до уровня более высокого, чем в предыдущем случае, вновь падает и т. д. При этом там, где отношение меньше единицы, т. е. тепла поступает меньше, чем может испариться (R
А как же обстоит дело с Мировым океаном? Есть.ли там широтная зональность? Тепловые пояса, безусловно, есть, но более дробное деление вряд ли можно означить, зато четко выражена вертикальная ярусность. Жизнь простирается на гораздо большую глубину, чем на суше, причем одни ее формы располагаются над другими. Отчасти подобное положение существует в горах, но там высотные ландшафты помещаются как бы на разных ступенях лестницы и их все же можно изобразить на карте, в то время как морские ландшафты поддаются изображению только на профиле.
Географ И.М. Забелин советует всегда помнить, что ландшафтная сфера (по его терминологии — биогеносфера) трехмерна, поскольку имеет глубину. Он делит ее на объемные, а не площадные единицы; особенно много И.М. Забелин находит их, в море.
К сожалению, объемным районированием океана географы занимаются еще мало, хотя будущее океана, как главного кормильца человечества, подлежащего заботливому сохранению, заслуживает более пристального внимания. Пока же интересы географов относятся преимущественно к суше, которую они делят, т. е. районируют в первом приближении, как двухмерную площадь.
Районирование суши одна из весьма важных задач физической географии в области изучения ландшафта. Простым делением Земли на природные зоны уже нельзя ограничиться, поскольку не все факторы в природе зональны. Например, общие черты рельефа или состав горных пород могут быть одинаковыми на крайнем севере и под экватором. Когда природная зона проходит через горный хребет, все ее свойства меняются. Если горы высоки, она даже может смениться другой природной зоной, которая на равнине проходит в гораздо более высоких широтах. Когда природная зона пересекает песчаные пространства, меняются ее почвы, они становятся супесчаными, меняется растительность, например, еловым лесам приходят на смену сосновые, появляется легкая холмистость — результат образования дюн, весь облик местности становится суше, благодаря тому, что дождевые воды не застаиваются на песке. Словом, мы вступаем в песчаный вариант той же природной зоны. В этом случае говорят, что на зональные факторы наложились азональные. Действие последних также должно быть изучено, а для этого необходимо их сперва нанести на карту. При районировании нужно придерживаться определенного порядка, определяемого соподчинением компонентов (составляющих) ландшафта. Изменение одних компонентов чрезвычайно сильно отзывается на других, наоборот, обратное действие бывает лишь слабым и косвенным. Поэтому не все компоненты имеют в природе равное значение, они разделяются на определяющие (ведущие) и определяемые (ведомые).
В такой примерно ряд можно уложить составляющие ландшафта. Каждый вышележащий элемент этой схемы является определяющим по отношению к нижележащему. Земная кора и атмосфера имеют равные права, потому что каждый из них имеет независимый источник энергии и формируется относительно самостоятельно. Почва помещена в самом низу под животным миром, потому что примерно 9 / 10 последнего составляют низшие организмы, живущие в почве и создающие ее в ходе своего обмена веществ.
При физико-географическом районировании всегда выделяются участки в чем-либо схожие, родственнее по природным условиям. Для любого хозяйственного начинания необходимо знать, на какую территорию можно распространить то или иное мероприятие и где лежат его естественные границы. Физико-географическое районирование необходимо, например, для размещения сельскохозяйственных культур и пород скота по территории страны, для отвода земель под мелиорацию, для отбора лесов, подлежащих рубке, для борьбы с эрозией, для постройки курортов, для выбора районов нового заселения, для научных целей и многого другого. Для каждого мероприятия приходится обращать внимание на свои, особые черты природы. Было бы нелепо выбирать климатические условия для больных туберкулезом по тем же признакам, как и для выращивания арбузов. Поэтому районирование для каждой отдельной цели будет в каждом случае свое.
Некоторые географы думают, что районирование заложено в самой природе, что нужно только внимательно посмотреть, чтобы «заметить» границы. Это — заблуждение, которое основано на естественном стремлении людей схематизировать, упрощать природу. Многие изменения в природе, например, климатические изменения, происходят не резко, а достаточно постепенно. Поэтому так же постепенно изменяются и все зональные признаки: почвы, растительность, зависящие от климата. Рельеф азонален и накладывается на ту зональность самым непредсказуемым (прихотливым) образом. Многие границы его тоже постепенны: например, области отступания ледника или моря. А те грани-цы, которые кажутся резкими, оказываются таковыми лишь в мелком масштабе. При укрупнении карты и они расплываются; например, берега — границы морей — лишь на тех картах изображаются линией, на которых можно пренебречь зоной прилива-отлива. При таких условиях нельзя с уверенностью сказать, где кончается один тип ландшафта и где начинаете» другой, надо ли выделить на местности 5 типов или 7. Чтобы избежать неопределенности, прибегают к количественным признакам. Условливаются, например, выделить в особый тип местности безлесные низменности, покрытые черноземной почвой. Безлесными считать территории, на которых лес занимает не больше 3% площади, низменностями — равнины не выше
200 м над уровнем моря, а черноземами — почвы, содержащие не меньше 4% гумуса. Вот тогда выделенная территория получает определенность и может быть установлена с точностью, которая зависит только от степени ее изученности. Разумеется, это достигается благодаря введенным нами условностям. Если бы мы договорились считать за нижний предел тучности чернозема не 4, а, скажем, 5%, то и граница, проведенная по почвам, и вся карта районирования получилась бы несколько другая. Обычно в качестве предельных цифр выбирают те, которые имеют хозяйственное или иное значение, а если такие неизвестны, то просто круглые цифры.
Как правило, границы для взятых нами признаков не совпадают друг с другом и районировать приходится по ступеням — скажем, сперва отделить низменности от возвышенностей (1-я ступень), потом в пределах низменностей выделить безлесные участки, отделив их от лесов (2-я ступень), потом подразделить по почвам на черноземы, каштановые почвы, солонцы и т. д. (3-я ступень). Проделав эти операции, мы как бы постепенно врастаем в ландшафт. Если объектом районирования является весь Земной шар, то мы идем примерно от определяющих компонентов к определямым. Вначале выделяем пояса, которые обладают единством только в термическом отношении, потом в их пределах — страны, обладающие единством и в термическом и в тектоническом отношении, потом отрезки зон в пределах стран — это единство тепла, влаги и тектоники, затем провинции по геоморфологическим признакам; здесь к числу компонентов, которые стали едиными, присоединяется рельеф, далее—растительность, почвы в т. д., пока не получаем вполне комплексные, ландшафтные единицы.
Таким образом, природа существует объективно, а деление ее — всегда обобщение, производимое человеком, результат деятельности его разума. Это, конечно, не исключает того, что природа местами подсказывает географу, какие типы ландшафта имеет смысл выделять. Когда какая-нибудь местность, относительно однородная, тянется на большое расстояние, то ясно, что она заслуживает выделения в качестве особого типа, имеющего значение для большинства целей, которые могут быть поставлены. Мы тогда можем уверенно нанести на карту очаг или ядро данного типа, а затем уже можем договориться относительно признака, по которому проводим границу между этим и соседними типами.
Однако не все географы поступают, как описано выше. Иногда границы проводят сразу, «по комплексу признаков». Но комплекс — это понятие неопределенное, районирование получается непоследовательным и произволъным, зависящим от наличия у автора интуиции и глазомера.
Другое недоразумение связано с так называемыми «основными» и «наименьшими» таксономическими единицами. Существует представление, что ландшафт Земли подобен полу, выложенному плитками. Они могут быть большие и маленькие, но всегда одного ранга и ложатся точно впритык. Границы более крупных районов, которые объединяют несколько соседних «плиток» и более мелкие, на которые они разбиваются, не столь важны и не столь заметны. При этом ссылаются на аналогию: все организмы построены из клеточек, а химические вещества — из молекул. Существует, кроме того, предел деления, ниже которого географы не опускаются. Они принимают некоторые единицы за далее неделимые и закрывают глаза на существующие в них внутренние различия. Эти представления — опять же упрощение. Сравнение не доказательство, клеточки здесь не подходят. Ландшафтная сфера состоит из земной коры, мирового океана, атмосферы, не имеющих клеточного строения. А если они не имеют его порознь, то тем более не будут иметь вместе, переплетаясь в сложные сочетания, образующие ландшафт. Их переплетения имеют различный размер, степень сложности и выраженности и степень четкости границ. Поэтому на Земле нельзя выделять какую-то «основную» ступень районирования, на карте одинаково важны и крупные и самые мелкие объекты, все они заслуживают изучения и все вместе образуют пестрый ковер, который мы называем ликом Земли.
Что касается наименьших единиц, то части самой маленькой из них всегда отличаются друг от друга по какому-нибудь признаку. На болоте могут быть выделены кочки, окна водной поверхности, участки со своеобразной растительностью, а на склоне балки каждый горизонт отличается от следующего степенью увлажнения, количеством смываемого или намываемого материала. Известный лесовед и ботаник В.Н. Сукачев первоначально считал мельчайшей однородной и неделимой единицей биогеоценоз, а когда изучил его подробнее, пришлось ввести новую единицу — «парцеллу», и таких единиц оказалось в биогеоценозе с десяток или более. Конечно, правы те ученые, которые говорят, что где-то надо остановиться. Но где именно — это опять-таки определяется не самой природой, а только уровнем развития науки и запросами практики, требования которой к детальности изучения природы все возрастают.
Изложены основы геоэкологических знаний, показано значение междисциплинарного научного направления, изучающего взаимосвязанные геосферы в тесной интеграции их с социальной сферой. Освещены природные и социально-экономические последствия изменения геосфер под влиянием антропогенного фактора. Рассмотрены природные и социально-экономические факторы экосферы, проблемы глобальных изменений, геоэкологические проблемы атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы. Даны геоэкологические аспекты природно-техногенных систем. С геоэкологических позиций оценены современное состояние и устойчивость биосферы.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по экологическим специальностям.
В научной литературе встречается разнозначное толкование понятий, обозначаемых словом «биосфера ». Согласно одному, более широкому, биосфера – это область существования живого вещества. В этом смысле биосферу понимал В. И. Вернадский и в этом же смысле оно часто встречается в литературе, в особенности популярной. Понятие «биосфера» во многом совпадает с понятием или географической оболочки, или экосферы, и потому в таком смысле в этой книге не используется. В более узком смысле биосфера – одна из геосфер Земли. Это область распространения живого вещества, и именно в таком смысле мы рассматриваем биосферу.
Биосфера сконцентрирована в основном в виде относительно тонкой пленки на поверхности суши и преимущественно (но не исключительно) в верхних слоях океана. Она не может функционировать без тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и литосферой, а педосфера без живых организмов просто не существовала бы.
Наличие биосферы отличает Землю от других планет Солнечной системы. Особо следует подчеркнуть, что именно биота, то есть совокупность живых организмов мира, создала экосферу в том виде, как она есть (или, точнее, какой она была до начала активной деятельности человека), и именно биота играет важнейшую роль в стабилизации экосферы. Кислородная атмосфера, глобальный круговорот воды и ключевая роль углерода и его соединений связаны с деятельностью биоты и характерны только для Земли. Биота играет значительную, если не определяющую, роль во всех глобальных биогеохимических циклах. В основном благодаря биоте обеспечивается гомеостазис экосферы, то есть способность системы поддерживать ее основные параметры, несмотря на внешние воздействия, как естественные, так и, в возрастающей степени, антропогенные.
Классификации природных систем биосферы базируются на ландшафтном подходе, так как экосистемы – неотъемлемая часть природных географических ландшафтов, образующих географическую (ландшафтную) оболочку Земли. Биогеоценозы (экосистемы) образуют на поверхности Земли так называемую биогеосферу, являющуюся основой биосферы, которую В. И. Вернадский называл «пленкой жизни», а В. Н. Сукачев – «биогеоценотическим покровом».
«Биогеоценотический покров» В. Н. Сукачева – это не что иное, как ряд природных экосистем, представляющих собой пространственные (хорологические) единицы (части, элементы) биосферы. Эти единицы, как правило, совпадают своими границами с ландшафтными элементами географической оболочки Земли.
Ландшафт – природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему.
Ландшафтный подход в экологии имеет, прежде всего, большое значение для целей природопользования. По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов – природный и антропогенный.
Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью человека. Изначально выделяли следующие природные ландшафты:
– геохимический – обозначает участок, выделенный на основе единства состава и количества химических элементов и соединений. Интенсивность их накопления в ландшафте или, напротив, скорость самоочищения ландшафта могут служить показателями его устойчивости по отношению к антропогенным воздействиям;
– элементарный ландшафт обозначает участок, сложенный определенными породами, находящимися на одном элементе, рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных ассоциаций и одним типом почв;
– охраняемый ландшафт, на котором в установленном порядке регламентированы или запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности.
Однако, как считают многие ученые, сейчас на суше преобладают антропогенные ландшафты или, во всяком случае, по распространенности они равны природным.
Антропогенный ландшафт – это бывший природный ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью настолько что изменена связь его природных компонентов. Сюда относятся ландшафты:
– агрокультурный (сельскохозяйственный) – растительность которого в значительной степени заменена посевами и посадками сельскохозяйственных и садовых культур;
– техногенный, структура которого обусловлена техногенной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств (нарушение земель, загрязнение промышленными выбросами и т. п.); сюда же входит ландшафт индустриальный, образующийся в результате воздействия на среду крупных промышленных комплексов;
– городской (урбанистический) – с постройками, улицами и парками.
Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят и участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее состав. Фактически же – это неразрывное единство, о чем свидетельствует и ландшафтный подход при выделении типов природных экосистем. Одним из таких примеров служит классификация по Р. X. Уиттекеру, использованная им при оценке продуктивности экосистем земного шара (табл. 7.1).
Таблица 7.1 Первичная биологическая продуктивность экосистем земного шара (по Р. X. Уиттекеру, 1980)
Главный источник энергии для ландшафтной оболочки, как и для бисферы, – солнечная радиациия. Для биосферы солнечная энергия – это прежде всего «движитель» биогеохимических циклов биофильных элементов и главный компонент фотосинтеза – источника первичной продукции. Как видно из табл. 7.1, продуктивность биосферы складывается из продуктивности различных природных экосистем (одновременно и энергий ландшафтов).
Но энергия Солнца, обеспечивая эту продуктивность, составляет лишь 2–3% от всей его энергии, достигшей поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на абиотическую среду, если не считать достаточно активное участие ее в процессах физико-химического разложения, опада и др. Но абиотические факторы определяют вместе с биотическими эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В свою очередь – растительный и животный мир – столь мощные природные компоненты, что могут влиять на окружающую среду и «переделать ее под себя», создавая определенную микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что живая природа существует в едином энергетическом поле всего ландшафта. Об этом говорит и распределение первичной продукции, на суше и в океане (рис. 7.1; Бигон и др., 1989).
Как видно из рис. 7.1, продуктивность различных типов экосистем далеко не одинакова и занимают они разные по величине территории на планете. Различия в продуктивности связаны с климатической зональностью, характером среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических факторов локального порядка их. п., сведения о которых излагаются ниже при характеристике природных экосистем как хорологических единиц биосферы, классифицированных на принципах так называемого биомного подхода. По Ю. Одуму (1986), биом – «крупная региональная и субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта».
Опираясь на эти представления, Ю. Одум предложил следующую классификацию природных экосистем биосферы (на рис. 7.2 – мировое распределение биомов):
I. Наземные биомы.
Тундра: арктическая и альпийская.
Бореальные хвойные леса.
Листопадный лес умеренной зоны.
Степь умеренной зоны.
Тропические степи и саванны.
Чапарраль – районы с дождливой зимой и засушливым летом.
Пустыня: травянистая и кустарниковая.
Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный и сухой сезоны.
Вечнозеленый тропический дождевой лес.
И. Типы пресноводных экосистем
Лентические (лат. lentes – спокойный): озера, пруды и т. д.
Лотические (лат. lotus – омывающий): реки, ручьи, родники.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.
III. Типы морских экосистем
Открытый океан (пелагическая).
Воды континентального шельфа (прибрежные воды).
Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством).
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т. д.
Границы распространения биомов определяются ландшафтными компонентами материков, в названии, как правило, доминирующая растительность (лесной, кустарниковый и т. п.). В водных экосистемах растительные организмы не доминируют, поэтому за основу взяты физические признаки среды обитания («стоячая», «текучая» вода, открытый океан и т. п.).
Как явствует из вышесказанного, биом – это экосистема, которая совпадает своими границами с ландшафтами регионального уровня (рис. 7.2). Он состоит из тех же компонентов, что и ландшафт, но главный компонент его – биота, и основное внимание здесь уделяется процессам, создающим органическое вещество, и биохимическому круговороту веществ.
Поверхность земного шара во всем её многообразии была в прошлом и является сейчас предметом изучения многих естественных наук (геологии, физической географии, биологии, почвоведения и др.). В процессе развития этих наук по мере накопления знаний поверхность земного шара стали понимать как результат сложного взаимодействия четырёх составляющих её сфер: литосферы (твёрдой, каменной), атмосферы (воздушной), гидросферы (водной) и биосферы (живого вещества). В итоге появилось новое понятие - географическая оболочка Земли как наиболее обширное комплексное природное образование, состоящее из четырёх взаимопроникающих частных физико-географических оболочек.
Планете Земля свойственно оболочечное строение (оболочка - понятие трёхмерное, объёмное). Одна из оболочек - географическая - имеет ряд отличительных черт, указывающих на её более сложную структуру по сравнению с другими. Отличительные особенности географической оболочки Земли: наличие в её составе вещества в трёх агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном), одновременное присутствие космических и земных источников энергии, наличие органической материи - жизни. Впервые на географическую оболочку Земли, состоящую из четырёх частей (оболочек, или сфер), указал русский естествоиспытатель П. И. Броунов. Он писал, что все эти сферы (литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера), проникая одна в другую, обусловливают своим взаимодействием наружный облик Земли. Изучение этих взаимодействий - одна из важнейших задач современных наук естественного профиля.
Главное свойство географической оболочки 3емли - постоянный обмен веществом и энергией не только между нею и внешним миром - космическим пространством, но и между основными частями самой оболочки: субстратом, воздухом, водой, биомассой. Этот обмен определяет постоянное развитие географической оболочки, а изменчивость её состава и строение делает всё более высокой и сложной организацию природных компонентов и их комплексов (комплекс в переводе с латинского - сплетение, то есть тесное соединение частей целого).
Географическая оболочка Земли обладает значительной мощностью, но относительно границ её существуют разные взгляды. Согласно наиболее распространенному мнению, верхняя граница её проходит в атмосфере по верхнему пределу распространения жизни на высоте примерно 25-30 км. До этого предела сказывается тепловое воздействие земной поверхности и атмосфера обогащена озоном (0 3). Озоновый слой перехватываетизбыток ультрафиолетовой радиации Солнца, предохраняя тем самым жизнь на земной поверхности.
В состав географической оболочки Земли входит вся толща океанических вод. Нижняя граница проникновения жизни на материках, видимо, проходит по нижнему пределу слоя земной коры, который находится в непрекращающемся взаимообмене веществом и энергией с гидросферой и атмосферой, что находит своё выражение в тектонических движениях, включая землетрясения и извержения вулканов. Общая мощность географической оболочки Земли, охваченной жизнью, составляет 35 - 40 км.
Характерная особенность географической оболочки Земли - неоднородность, контрастность слагающих её частей - сфер. Слой непосредственного взаимодействия между ними выделяется в особую ландшафтную сферу, которая служит местом трансформации солнечной энергии в различные виды земной энергии, средой, наиболее благоприятной для развития жизни. Мощность её составляет от нескольких десятков до 250 м над океанами и земной поверхностью (как над равнинами, так и над горами). В этих пределах формируются ландшафты на суше и в океанах в результате прямого соприкосновения и активного взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы. В ландшафтную сферу на суше входят современная кора выветривания 1 , почва, растительность, живые организмы и приземные слои воздуха. Иными словами, ландшафтная сфера - это совокупность природных комплексов на земной поверхности.
В ландшафтной сфере Земли, занимающей центральную часть географической оболочки, находится биологический фокус (по В. И. Вернадскому) - наиболее бурное проявление жизни на суше и в воде. Как часть географической оболочки, эта сфера имеет глобальный характер и является предметом изучения особой науки - ландшафтоведения. Ландшафтную сферу отличает от других геосфер нашей планеты исключительная сложность внешнего и внутреннего строения, существование и деятельность человеческого общества. Свойства геокомплексов, составляющих ландшафтную сферу, определяются процессами, протекающими как непосредственно в ландшафте, так и происходящими в недрах Земли и Мировом пространстве.
В научной и учебной литературе употребляют термины, являющиеся синонимами, или дополняющие друг друга, или имеющие совершенно различное содержание. Так, действительными синонимами термина "географическая оболочка" служат географическая сфера, ландшафтная оболочка, эпигеосфера. Встречаются работы, в которых ставится знак равенства между понятиями ландшафтная оболочка и географическая среда. Это неверно, так как географическая - ландшафтная - оболочка стала географической средой человеческого общества после его возникновения и то только на том пространстве, где это общество трудилось. Для древнего человека периода палеолита географической средой была лишь незначительная часть ландшафтной оболочки. Сейчас деятельность человека вышла за пределы географической оболочки (полеты космонавтов, глубокое бурение). Под географической средой понимается та часть земного природного окружения человека, которая в данный исторический момент наиболее связана с его производственной деятельностью.
ЛЕКЦИЯ 11
БИОСФЕРА. ПОНЯТИЕ О ГЕОГРАФИЧЕСКОМ ЛАНДШАФТЕ.
Учение В.И. Вернадского о биосфере. Биосфера, ее границы, состав. Биостром. Биологический круговорот. Понятие о географическом ландшафте. Природные и антропогенные ландшафты.
Биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом. Живое вещество одно из самых древних известных на Земле природных тел. В химическом строении биосферы главная роль принадлежит кислороду, углероду и водороду, составляющим по весу 96,5% живого вещества, а также азоту, фосфору и сере, которые называются биофильными.
Понятие биосферы появилось в биологии в 18 в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине 19 ст., в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смысле понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1875) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945). Основной труд В.И. Вернадского «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» был опубликован после его смерти.
Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли . В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:
-живое вещество – совокупность всех живых организмов;
-косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);
-биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.д.);
-биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);
-радиоактивное вещество (образуется в результате распада радиоактивных элементов радия, урана, тория и т. д.);
-рассеянные атомы (химические элементы, находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии);
-вещество органического происхождения (космическая пыль метеориты).
Учение В.И. Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.
С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.
Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомного кислорода) приходится на высоту 20-25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5-3 км. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 мкм.
Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой (только споры и бактерии заносятся на высоту до 20 км, в толще литосферы на глубине 4,5 км в скважинах найдены только анаэробные бактерии).
В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне , куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Глубже начинается дисфотическая зона , где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.
Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана (верхний слой земной коры с давлением 4 х 10 7 Па и температурой 100 0 С).
Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания. Можно говорить о двух гипотезах – о возникновении (самозарождении) жизни и о появлении жизни из космоса.
Согласно первой гипотезе о самозарождении жизни на Земле на поверхности безжизненной планеты происходил медленный абиогенный синтез органических веществ, которые образовались из вулканических газов при разрядах молний. Примитивные организмы сформировались из белковых структур в конце раннего архея, около 3 млрд. лет назад. Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые многоклеточные – не менее чем на 1 млрд. лет позже. В условиях отсутствия озонового экрана жизнь могла развиваться только в прибрежных частях морей и внутренних водоемах, на дно которых проникал солнечный свет. Из органических соединений возникали многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой, благодаря эволюции они приобретали свойства живых организмов.
Сейчас на первое место вышла космохимическая гипотеза происхождения жизни в пределах Солнечной системы (теория панспермии). Есть данные, свидетельствующие о том, что жизнь существовала на Земле намного раньше, чем 3 млрд. лет (по А.И. Опарину). Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого не менее 3,8 млрд. лет. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами, следовательно, на существование жизни в это время. Однако автотрофным организмам должны предшествовать гетеротрофные, как более примитивные, поэтому начало жизни отодвигается за пределы даты в 4 млрд. лет, т.е., возможно, что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама планета. Получены данные, указывающие на существование жизни в космических условиях – обнаружены органические соединения в метеоритах и осколках астероидов, исследованиями подтверждено их биогенное происхождение.. вероятно, образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее эволюции было типичным и массовым явлением.
Длительное время жизнь размещалась по планете «пятнами», «пленка жизни» была прерывистой. Широкому и быстрому распространению жизни на Земле способствовали удивительная приспособляемость организмов к среде, разнообразие видов и поразительные потенциальные возможности размножения. Разнообразие видов живых организмов обеспечило заполнение всех экологических ниш. Микроорганизмы найдены в промерзающих почвах и в воде с температурой 100 0 С, они переносят большую концентрацию кислот, существуют в щелочной среде, микроорганизмы найдены в теплоносителях атомных реакторов.
Биостром . На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биостромом (биогеосферой), или пленкой жизни. Только в ее пределах возможны жизнедеятельность и существование человека. Синонимами биогеосферы являются «эпигенема» (Р.И. Аболин), «витасфера» - сфера жизни (А.Н. Тюрюканов и В.Д. Александров), «биостром», «фитогеосфера» (Е.М. Лавренко), «фитосфера» (В.Б. Сочава), «биогеоценотический покров» (В.Н. Сукачев) и другие близкие по содержанию термины.
В структурном отношении биостром слагается из фитострома, зоострома и микробиострома. Зоостром в создании органического вещества не участвует. Роль микробиостврома в этом процессе невелика и осуществляется с помощью некоторых, в основном водных, фотосинтезирующих бактерий, хемосинтезирующих бактерий (растущих за счет химического окисления неорганического вещества) и сероводородоокисляющих бактерий (обитают в гидротермальных источниках или вблизи их на разных глубинах Океана, включая абиссаль). Основным продуцентом, создателем первичного органического вещества, был и остается фитостром. Он создает его в процессе фотосинтеза в дневные часы, закрепляя в себе в форме потенциальной энергии пищи часть энергии солнечного света.
В.И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки и сгущения жизни. Жизненные пленки, занимающие огромные пространства, приурочены к границам раздела фаз. В частности, отличительной особенностью океанического биострома является наличие в нем двух пленок жизни: водно-поверхностной (эвфотической или планктонной) и донной . Планктонная пленка приурочена к эвфотической зоне Мирового океана, границе соприкосновения атмосферы и гидросферы, где с помощью фтосинтеза фитопланктон создает органическое вещество – пищу для подавляющей части организмов на всех глубинах океана. Донная пленка жизни занимает дно (бенталь) океана (заселен бентосом), находится на разделе жидкой и твердой фаз вещества. Водно-поверхностный и донный слои биострома вблизи берегов, на мелководье, смыкаются, образуя здесь единый океанический биостром, отличающийся в равной мере богатым и разнообразным планктоном и бентосом.
На суше существуют две пленки жизни – наземная и почвенная . Наземная пленка (наземный биостром) находится на поверхности почвы и полностью включает растительный покров (фитостром) и животное население суши (зоостром и микробиостром). Почвенная пленка приурочена к тонкому поверхностному слою литосферы, преобразованному почвообразующими процессами. С позиций анализа структурных частей ГО почва представляет верхний преобразованный биостромом слой современной коры выветривания. Она – вместилище подземной части биострома, место сосредоточения корневых систем и среда обитания богатой и разнообразной фауны – от крота и слепыша, до множества беспозвоночных и микроорганизмов. На суше пленки жизни имеют непосредственный контакт, и резкой границы между ними не существует.
Живое вещество в биосфере распределено неравномерно не только по вертикали, но и по площади, образуя сгущения жизни. На суше такими сгущениями жизни являются леса, болота, поймы рек и озера; в океане выделяют следующие типы сгущения жизни: прибрежное (возникает там, где перекрываются планктонная и донная пленки жизни – побережье, шельф и эстуарии рек); саргассовое (приурочено к участкам океана, занятым бурой водорослью саргассум); рифтовое (массовое мелководное поселение коралловых полипов и других морских организмов с твердым известняковым скелетом – Большой Барьерный риф в Тихом океане); апвеллинговое (образовано там, где ветры отгоняют теплую поверхностную воду от берегового склона в субтропических и тропических широтах, в результате чего на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая биогенными элементами; чаще всего наблюдается у западных берегов континентов); абиссальное рифтовое (оазисы небольших размеров в глубоководных желобах и вне их, населенные рифтиями, полихетами, двухстворчатыми моллюсками, слепыми крабами и рыбами при полном отсутствии растений – открыто к северо-востоку от Галапагосских островов, на глубине 2450 м).
Функции живого вещества в биосфере. Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет 2-3 трл. т, причем 98% ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1 500 000 видов животных и 500 000 (350 000 – растений и 1 700 000 – животных по Ф.Н. Мильков, 1990) видов растений (Г.В. Войткевич, В.А. Вронский, 1989). В процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет ведущую роль и выполняет следующие функции:
Энергетическую – перераспределение солнечной энергии между компонентами биосферы;
Средообразующую (газовую) – в процессе жизнедеятельности живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, метан и др.; живые организмы участвуют в миграциях газов и их превращениях; делятся на кислородно-диоксидуглеродную, диоксидуглеродную, азотную, углеводородную, озонную и пероксидводородную),
Концентрационную – извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, натрия, магния, калия, алюминия, серы и др.) в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде (в углях содержание углерода больше, чем в среднем для земной коры; в кораллах концентрируются карбонаты, формируется органогенный известняк; в диатомовых водорослях концентрируется кремний, в водорослях ламинариях – йод);
Деструктивную (проявляется в минерализации органического вещества);
Окислительно-восстановительную (заключается в химическом превращении веществ биосферы);
Биохимическую (связана с жизнедеятельностью живых организмов – их питанием, дыханием, размножением, смертью и последующим разрушением тел; в результате происходит химическое превращение живого вещества сначала в биокосное, а затем, после отмирания, в косное)
Биогеохимическая деятельность человечества (приводит к видоизменению всей планеты).
Водная функция живого вещества в биосфере связана с биогенным круговоротом воды, имеющим важное значение в круговороте воды на планете.
Выполняя перечисленные функции, живое вещество адаптируется к окружающей среде и приспосабливает её к своим биологическим (а если речь идёт о человеке, то и социальным) потребностям. При этом живое вещество и среда его обитания развиваются как единое целое, однако контроль над состоянием среды осуществляют живые организмы.
Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (воду, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получивший название малого , или биологического (биотического), круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота , наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и выражается в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.
Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез осуществляется наземными растениями, пресноводными водорослями и океаническим фитопланктоном. Образовавшиеся в листе органические вещества перемещаются в стебли и корни, где уже в синтез включаются поступившие из почвы минеральные соединения – соли азота, серы, калия, кальция, фосфора. Растения (продуценты ) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы первого порядка ) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы второго порядка ) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами ), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.
В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. Биологические круговороты вещества не замкнуты. При отмирании органического вещества в почву возвращаются не только те элементы, которые из нее забирались, но и новые, образованные самим растением. Некоторые вещества надолго выходят из круговоротов, задерживаясь в почве или образуя осадочные горные породы.
Образование и разрушение органического вещества – противоположные, но неотделимые друг от друга процессы. Ускорение или отсутствие одного из них неизбежно приведет к исчезновению жизни. Если будет происходить только накопление органического вещества, то атмосфера вскоре лишится углекислого газа, литосфера – фосфора, серы, калия. Следовательно, фотосинтез прекратится, и растения погибнут. С другой стороны, если увеличится скорость разложения, все органическое вещество быстро разложится до минеральных соединений и жизнь прекратится.
Понятие биогеохимического цикла. Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биогеохимическим циклом. Именно с введением В.И. Вернадским понятия «биогеохимический цикл» перестало существовать представление о круговороте веществ как о замкнутой системе. Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, взаимосвязаны друг с другом и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы.
Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ в биосфере, не являются полностью обратимыми. Одна часть веществ в повторяющихся процессах превращения и миграции рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но уже с новыми качественными и количественными признаками. Часть веществ может также извлекаться из круговорота, перемещаясь вследствие физико-геологических процессов в нижние горизонты литосферы или рассеиваясь в космическом пространстве. Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ чрезвычайно различна. Время, достаточное для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляет около 300 лет, кислорода атмосферы тоже через фотосинтез – 2000 – 2500, воды через испарение – около 1 млн. лет.
В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся круговороты углерода, серы и азота (их оксиды – главнейшие загрязнители атмосферы), а также фосфора (фосфаты – главный загрязнитель вод суши). Большое значение имеют круговороты токсичных элементов – ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина).
Вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И. Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле как огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты изменений, приобретающих глобальный характер: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой». Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую опасность и потому, считал В.И. Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу , или сферу разума (от греческих ноос – разум, сфериа – шар).
Основателями концепции ноосферы можно считать трех ученых – видного французского математика, антрополога и палеонтолога Э. Леруа (1870-1954), французского теолога, палеонтолога и философа П. Тейяра де Шардена (1881-1955) и выдающегося российского ученого естествоиспытателя В.И. Вернадского.
Под понятием «ноосфера» В.И. Вернадский подразумевал высшую форму развития биосферы, определяемую гармонично существующими процессами развития общества и природы. Учение Вернадского утверждает принцип совместной эволюции человечества и природной среды (сейчас этот процесс называют коэволюцией), нацеливает на поиск практических путей обеспечения общественно-природного равновесия.
Понятие «ноосфера» отражает будущее состояние рационально организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты будет направляться разумом в целях обеспечения необходимой гармонии в сосуществовании природы и общества.
Качественные отличия ГО ноосферного этапа развития:
Оболочка характеризуется разнообразием вещественного состава, первичное вещество преобразовывается, возникают новые почвы, породы и минералы, культурные растения и животные;
Возрастает количество механически извлекаемого материала литосферы, оно уже превышает массу материала, выносимого речным стоком;
Происходит массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, преимущественно в энергетических целях; в ноосфере начинается уменьшение содержания кислорода и увеличение углекислого газа, среднегодовая температура планеты увеличивается (примерно на 1-1,5 0), что обуславливает разогрев планеты;
Присутствуют различные виды энергий, используются ядерная и термоядерная энергия;
В пределах ноосферы наблюдается тесное взаимодействие всех компонентов, приводящее к созданию новых систем: природно-территориальных и антропогенных;
В ноосфере проявляется разумная деятельность человека, благодаря появлению разума возникает общество (совокупность индивидуумов, личностей, способных к совместному труду);
Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом НТР: появляется космонавтика, обеспечивающая выход человека за пределы планеты.
Таким образом, биосфера – развивающееся образование, причём в процессе его развития можно выделить следующие этапы:
собственно биосфера (воздействие человека на природную среду не приобрело глобального масштаба);
биотехносфера – биосфера сегодняшнего дня, результат длительного преобразующего влияния технически вооружённого человеческого общества на природу Земли;
ноосфера – состояние биосферы, характеризующееся гармонией и единством природы и общества на основе позитивной и созидательной научной мысли.
Дифференциация ГО. Природный комплекс. Понятие о географическом ландшафте.
Дифференциация ГО – разделения единого планетарного комплекса на объективно существующие природные комплексы разного ранга. Дифференциация зависит от зональных и азональных причин.
Природный комплекс (ПК) – саморегулируемая и самовоспроизводимая система взаимосвязанных компонентов и комплексов более низкого ранга (определение Ф.Н. Милькова). Природные комплексы делятся на природно-территориальные (ПТК) и природно-аквальные (ПАК). Наиболее изучены ПТК суши. ПК характеризуется относительно однородным участком поверхности, единство которого обусловлено географическим положением, единой историей развития, происходящими в его пределах природными процессами.
Все ПК образованы взаимодействием компонентов: горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. Роль компонентов в ПК учеными оценивается по-разному. Н.А. Солнцев отводит литогенной основе (комплекс геолого-геоморфологических особенностей изучаемой территории, включая стратиграфию, литологию горных пород, тектонику, рельеф) роль ведущего фактора в формировании и устойчивости ПК. Впервые мысль о равнозначности всех компонентов была высказана В.В. Докучаевым, применительно к почве. Ученый считал, что почва есть результат взаимной деятельности климата, растительности, животных, грунтов.
ПК по своим размерам и сложности подразделяются на планетарные (ГО), региональные (материки, физико-географические страны и области, географические пояса и зоны), локальные (приурочены к мезо- и микроформам рельефа – оврагам, речным долинам, моренным холмам).
Основной единицей в ландшафтоведении предлагается считать ландшафт, т.е. такой полный ПТК, в структуре которого непосредственно участвуют все основные компоненты, начиная с земной коры и заканчивая животными, населяющими данный ПТК.
Термин «ландшафт имеет» международное признание. Он взят из немецкого языка (Land – земля и schaft – взаимосвязь).
В научную литературу термин ландшафт был введен в 1805 г. немецким ученым А. Гоммейером. Под ландшафтом он подразумевал совокупность обозреваемых из одной точки местностей, заключенных между ближайшими горами, лесами и другими частями земли. В нашей стране развитие ландшафтоведения связано с трудами выдающихся географов Л.С. Берга, А.А. Григорьева, С.В. Калесника, Ф.Н. Милькова и др.
Известны три трактовки географического ландшафта.
Ландшафт – территориально ограниченный участок земной поверхности, характеризующийся генетическим единством и тесной взаимосвязью слагающих его компонентов (А.А. Григорьев, Н.А. Солнцев. С.В. Калесник, А.Г. Исаченко).
Ландшафт – обобщенное типологическое понятие физико-географических комплексов. Эта точка зрения развивалась в трудах Б.Б. Полынова Н.А. Гвоздецкого. В одну типологическую единицу включаются территориально разрозненные, но сходные относительно однородные комплексы. Ландшафт характеризуется однотипной растительностью, увлажнением, но территориально может находиться на разных континентах (ландшафт степей существует на разных материках в Северной Америке и Евразии).