Периодический закон географической зональности

 

Открытие В. Докучаевым географических зон как целостных природных комплексов было одним из крупнейших событий в истории географической науки. [6, 15] После этого на протяжении почти полувека географы занимались конкретизацией и как бы «вещественным наполнением» этого закона: уточнялись границы зон, делались их подробные характеристики, накопление фактического материала позволило выделить внутри зон подзоны, установлена была неоднородность зон по простиранию (выделение провинций), исследовались причины выклинивания зон и отклонения их направления от теоретического, разрабатывалась группировка зон в пределах более крупных таксономических подразделений - поясов и т.д.

Принципиально новый шаг в проблеме зональности был сделан А.А. Григорьевым и М.И. Будыко, которые подвели под явления зональности физический и количественный базис и сформулировали периодический закон географической зональности, лежащий в основе структуры ландшафтной оболочки Земли.

Закон опирается на учет трех тесно взаимосвязанных факторов. Один из них - годовой радиационный баланс (R) земной поверхности, т.е. разница между количеством тепла, поглощаемого этой поверхностью, и количеством тепла, отдаваемого ею. Второй - это годовая сумма атмосферных осадков (r). Третий, получивший название радиационного индекса сухости (К), представляет отношение первых двух:

 

K = ,

 

где L - скрытая теплота испарения.

Размерность: R в ккал/см² в год, r - в г/см², L - в ккал/г в год,  - в ккал/см². [1, 47]

Оказалось, что одно и то же значение К повторяется в зонах, относящихся к разным географическим поясам. При этом величина К определяет тип ландшафтной зоны, а величина R - конкретный характер и облик зоны (таблица I). Например, К>3 во всех случаях указывает на тип пустынных ландшафтов, но в зависимости от величины R, т.е. от количества тепла, облик пустыни меняется: при R = 0-50 ккал/см² в год - это пустыня умеренного климата, при R = 50-75 - пустыня субтропическая и при R>75 - пустыня тропическая.

Если К близок к единице, это значит, что между теплом и влагой существует соразмерность: осадков выпадает столько, сколько может испариться. Такой индекс обеспечивает биокомпонентам бесперебойность процессов испарения и транспирации, а также аэрации грунтов. Отклонение К в обе стороны от единицы создает диспропорции: при недостатке влаги (К>1) нарушается бесперебойное течение процессов испарения и транспирации, при избытке влаги (К<1) - процессов аэрации; и то и другое сказывается на биокомпонентах отрицательно.

Значение работ М.И. Будыко и А.А. Григорьева двоякое: 1) подчеркнута характерная черта зональности - ее периодичность, что может быть сопоставимо с важностью открытия Д.И. Менделеевым периодического закона химических элементов; 2) установлены ориентировочные количественные показатели для проведения границ ландшафтных зон.

Ландшафтные зоны

 

Современные представления о связях и взаимодействии отдельных компонентов ландшафтной оболочки Земли позволяют построить теоретическую модель ландшафтных зон на суше на примере так называемого однородного идеального материка (рис. 1). Размеры его соответствуют половине площади суши земного шара, конфигурация - ее расположению по широтам, а поверхность - невысокая равнина; на месте горных систем типы зон экстраполированы. [8, 116]

Из схемы гипотетического материка необходимо сделать два основных вывода: 1) большинство географических зон не имеет западно-восточного простирания и, как правило, не опоясывает земной шар и 2) у каждого пояса свои наборы зон.

Объяснение этого в том, что суша и море на Земле размещены неравномерно, берега континентов омываются в одних случаях холодными, в других - теплыми морскими течениями, а рельеф суши весьма разнообразен. Распределение зон зависит также и от циркуляции атмосферы, т.е. от направления адвекции тепла и влаги. Если господствует меридиональный перенос (т.е. совпадает с широтным изменением количества радиационного тепла), зональность будет чаще широтная, в случае западного или восточного (т.е. зонального) переноса широтная зональность скорее исключение, зоны приобретают различное простирание и очертания (полосы, пятна и т.п.) и не очень протяженны. При этом существенные особенности природных зон складываются под воздействием увлажнения и адвекции тепла (или холода) в теплое время года. [7, 121]

Анализу действительной картины географической зональности должно предшествовать разделение земной поверхности на географические пояса. Сейчас обычно выделяют пояса: полярные, субполярные, умеренные, тропические, субтропические, субэкваториальные и экваториальный. Иными словами, под географическим поясом понимают широтное подразделение географической оболочки, обусловленное климатом. Однако главный смысл выделения географических поясов заключается в обрисовке лишь самых общих черт распределения первичного фактора зональности, т.е. тепла, чтобы на этом общем фоне можно было наметить и первые самые крупные детали (тоже достаточно общего характера) - ландшафтные зоны. Этому требованию вполне удовлетворяет деление каждого полушария на пояса холодный, умеренный и жаркий. Границы этих поясов проводятся по изотермам, которые в конкретных величинах отображают влияние на распределение тепла всех факторов - инсоляции, адвекции, степени континентальности, высоты стояния Солнца над горизонтом, продолжительности освещения и т.д. По мнению В.Б. Сочавы, основными звеньями планетарной зональности надо считать всего три пояса: северный внетропический, тропический и южный внетропический.

В последнее время в географической литературе проступает тенденция к увеличению не только числа географических поясов, но и числа ландшафтных зон. В.В. Докучаев в 1900 г. говорил о семи зонах (бореальная, северная лесная, лесостепная, черноземная, сухих степей, аэральная, латеритная), Л.С. Берг (1938) - о 12, П.С. Макеев (1956) описывает уже около трех десятков зон. В Физико-географическом атласе мира выделено 59 зональных (т.е. укладывающихся в зоны и подзоны) типов ландшафтов суши. [11, 154]

Ландшафтная (географическая, природная) зона есть крупная часть географического пояса, характеризующаяся господством какого-нибудь одного зонального типа ландшафта.

Названия ландшафтных зон даются чаще всего по геоботаническому признаку, так как растительный покров - чрезвычайно чуткий индикатор разнообразных природных условий. Необходимо, однако, иметь в виду два положения. Первое: ландшафтная зона не идентична ни геоботанической, ни почвенной, ни геохимической и никакой другой зоне, объективно выделяемой по отдельному компоненту ландшафтной оболочки Земли. В ландшафтной зоне тундр есть не только тип тундровой растительности, но и леса по долинам рек. В ландшафтную зону степей почвоведы укладывают и зону черноземов, и зону каштановых почв и т.п. Второе: облик любой ландшафтной зоны создается не только совокупностью современных природных условий, но и историей их формирования. В частности, систематический состав флоры и фауны сам по себе не дает представления о зональности. Черты зональности растительности и животному миру сообщает адаптация их представителей (а еще более - их сообществ, биоценозов) к экологической обстановке и как следствие выработка в процессе эволюции комплекса жизненных форм, отвечающего географическому содержанию ландшафтной зоны.

На первых этапах изучения зональности полагали как нечто само собой разумеющееся, что зональность южного полушария всего лишь зеркальное отражение зональности северного полушария, несколько ущербленное меньшими размерами материковых пространств. Как будет видно из дальнейшего, подобные предположения не оправдались, и от них приходится отказаться.

Опытам подразделения земного шара на ландшафтные зоны и описанию зон посвящена обширная литература. Схемы деления, несмотря на некоторые различия, во всех случаях убедительно доказывают реальность ландшафтных зон.

Проявление зональности

Формы проявления

 

По причине зонального распределения солнечной лучистой энергии на Земле зональны: температуры воздуха, воды и почвы, испарение и облачность, атмосферные осадки, барический рельеф и системы ветров, свойства воздушных масс, климаты, характер гидрографической сети и гидрологические процессы, особенности геохимических процессов, выветривания и почвообразования, типы растительности и жизненные формы растений и животных, скульптурные формы рельефа, в известной степени типы осадочных пород, наконец, географические ландшафты, объединенные в связи с этим в систему ландшафтных зон. [12, 183]

Зональность тепловых условий известна была еще географам античного времени; у некоторых из них можно найти и элементы представлений о природных зонах Земли. А. Гумбольдт установил зональность и высотную поясность растительности. Но честь и заслуга подлинного научного открытия географической зональности принадлежит В.В. Докучаеву. Оно привело к огромным сдвигам в содержании географии и ее теоретического базиса. В.В. Докучаев называл зональность мировым законом. Однако было бы ошибкой понимать это буквально, так как ученый имел, конечно, в виду универсальность проявления зональности лишь на поверхности земного шара.

По мере удаления от земной поверхности (вверх или вниз) зональность постепенно затухает. Например, в абиссальной области океанов повсеместно господствует постоянная и довольно низкая температура (от -0,5 до +4°), солнечный свет сюда не проникает, растительных организмов нет, водные массы практически остаются почти в полном покое, т.е. нет причин, которые могли бы вызвать на океаническом дне возникновение и смену зон. Некоторый намек на зональность можно было бы усмотреть в распределении морских осадков: коралловые отложения приурочены к тропическим широтам, диатомовые илы - к полярным. Но это лишь пассивное отражение на морском дне тех зональных процессов, которые свойственны поверхности океана, где ареалы коралловых колоний и диатомовых водорослей действительно располагаются по законам зональности. Остатки же скорлупок диатомей и продукты разрушения коралловых построек попросту «спроектированы» на дно моря безотносительно к тем условиям, какие там существуют.

Размывается зональность и в высоких слоях атмосферы. Источник энергии нижней атмосферы - освещаемая Солнцем земная поверхность. Следовательно, солнечная радиация играет тут косвенную роль, и процессы в нижней атмосфере регулируются поступлением тепла от земной поверхности. Что касается верхней атмосферы, то наиболее существенные для нее явления - следствие прямого воздействия Солнца. Причина убывания температуры с высотой в тропосфере (в среднем 6° на каждый километр) - удаление от основного для тропосферы энергетического источника (Земли). Температура же высоких слоев от земной поверхности не зависит и определяется балансом лучистой энергии самих частиц воздуха. По-видимому, рубеж влияний лежит на высоте около 20 км, потому что выше (вплоть до 90-100 км) действует динамическая система, независимая от тропосферной. [7, 143]

Быстро исчезают зональные различия в земной коре. Сезонные и суточные колебания температуры охватывают слой горных пород толщиной не более 15-30 м; на этой глубине устанавливается постоянная температура, одинаковая круглый год и равная средней годовой температуре воздуха данной местности. Ниже постоянного слоя температура с глубиной нарастает. И ее распределение, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении дальше связано уже не с солнечной радиацией, а с источниками энергии земных недр, поддерживающей, как известно, азональные процессы.

Зональность во всех случаях затухает по мере приближения к границам ландшафтной оболочки, и это может послужить вспомогательным диагностическим признаком для установления этих границ.

Немалое значение в явлениях зональности имеют положение Земли в Солнечной системе и отчасти размеры Земли. На Плутоне, самом окраинном из членов Солнечной системы, получающем от Солнца в 1600 раз меньше тепла, чем Земля, нет никаких зон: его поверхность - сплошная ледяная пустыня. Луна вследствие своих малых размеров не смогла удержать вокруг себя атмосферу. Оттого на нашем спутнике нет ни воды, ни организмов, нет и видимых следов зональности. Зачаточная видимая зональность есть на Марсе: две полярные шапки и пространство между ними. Здесь причина эмбрионального характера зон не только расстояние от Солнца (оно в полтора раза больше земного), но и малая масса планеты (0,11 земной), вследствие чего сила тяжести меньше (0,38 земной) и атмосфера крайне разрежена: при 0° и давлении 1 кг/см² она «спрессовалась» бы в слой толщиной всего 7 м, и крыша любого нашего городского дома оказалась бы в этих условиях за пределами воздушной оболочки Марса. [5, 14]

Закон зональности встречал и встречает у отдельных авторов возражения. В 1930-х годах некоторые советские географы, главным образом почвоведы, взялись за «пересмотр» докучаевского закона зональности, а учение о климатических зонах даже объявлено было схоластическим. Реальное существование зон отрицалось таким соображением: земная поверхность в своем облике и строении настолько сложна и мозаична, что выделить на ней зональные черты можно только путем большой генерализации. Иными словами, конкретных зон в природе нет, они - плод абстрактно логического построения. Беспомощность подобной аргументации бросается в глаза, потому что: 1) любой общий закон (природы, общества, мышления) устанавливается методом генерализации, отвлечения от частностей, причем именно при помощи абстракции наука переходит от познания явления к познанию его сущности; 2) никакая генерализация не в состоянии выявить то, чего на самом деле нет.

Впрочем, «поход» против зональной концепции принес и положительные плоды: он послужил серьезным толчком к более подробной, чем у В.В. Докучаева, разработке проблемы внутренней разнородности природных зон, к формированию понятия об их провинциях (фациях). Отметим попутно, что многие противники зональности вскоре вновь вернулись в лагерь ее сторонников.

Другие ученые, не отрицая зональности вообще, отрицают лишь существование ландшафтных зон, полагая, что зональность - это только биоклиматическое явление, ибо она не затрагивает литогенную основу ландшафта, созданную азональными силами.

Ошибочность рассуждения проистекает из неверного понимания литогенной основы ландшафта. Если относить к ней целиком всю геологическую структуру, подстилающую ландшафт, тогда, конечно, никакой зональности ландшафтов, взятых во всей совокупности их компонентов, не существует, да и для изменения всего ландшафта потребуются миллионы лет. Полезно, однако, помнить, что ландшафты на суше возникают в областях контакта литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой. Стало быть, литосферу надо включать в ландшафт до той глубины, до которой простирается взаимодействие ее с экзогенными факторами. Такая литогенная основа неразрывно связана и меняется сопряженно со всеми остальными компонентами ландшафта. Ее невозможно оторвать от биоклиматических слагаемых, и она, следовательно, становится столь же зональной, как и эти последние. Кстати, живое вещество, входящее в биоклиматический комплекс, по своей природе азонально. Зональные черты оно приобрело в ходе адаптации к конкретным экологическим условиям. [7, 149]