Атмосфера, климат, гидросфера и их роль в ландшафтах

Атмосфера – газообразная оболочка Земли, состав которой в приземных слоях представлен азотом (78,1 %), кислородом (21 %), аргоном (1 %), углекислым газом (0,036– 0,045 %). Доля всех других газов составляет 0,01 %. По данным всемирной метеорологической организации, по характеру распределения температуры в воздушной оболочке выделяются следующие сферы: тропосфера (0–11 км), стратосфера (от 11 до 50–55 км), мезосфера (от 50–55 до 70–85 км), термосфера (от 80–85 до 800 км), экзосфера (выше 800 км).

Тропосфера сосредотачивается от 0 до 16 км, этот слой вращается вместе с Землей, в нем преобладают западные ветры и здесь совершается круговорот газов. Стратосфера – от 16 до 60 км вверх, температура 0°С, а за пределами 40 км возрастает до +15 °С. В ней наблюдается активная вертикальная циркуляция воздуха. Важной особенностью является наличие озонового слоя. На высоте около 30 км наблюдаются перламутровые облака – зоны с повышенной влажностью.

В ионосфере азот преобладает над кислородом, температура колеблется от плюс 5 °С до минус 90 °С. Характерна повышенная ионизация газов. Наблюдаются серебристые облака (мельчайшее скопление ледяных кристаллов).

Атмосфера, или точнее, воздушные массы нижней, приземной части тропосферы тоже входят как компонент в состав ландшафта и формируют природные территориальные комплексы. Важнейшие свойства воздуха, влияющие на характеристики других компонентов ландшафта, могут быть представлены следующим образом.

Химический состав воздуха:

1) углекислый газ является одной из основ фотосинтеза зеленых растений;

2)кислород необходим для дыхания всем представителям живой природы, для окисления и минерализации отмерших органических остатков – мортмассы; наличие кислорода определяет формирование озонового экрана в стратосфере, защищающего белковые формы жизни;

азот – важная составная часть белков, и следовательно, один из основных элементов питания растений;

Воздух атмосферы, благодаря наличию в нем углекислого газа и паров воды хорошо задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли. Тем самым обеспечивается «парниковый эффект», т. е. сглаживаются температурные колебания, а тепло солнечного излучения задерживается дольше в ландшафтах.

Воздушные потоки в атмосфере, перенося тепло и влагу из одних районов в другие, сглаживают гидротермические различия между ландшафтами.

Воздух обеспечивает и материальный обмен веществ между различными компонентами геосистем. Так, воздух, обогащаясь поднятой с земной поверхности пылью, в том числе солями, может переносить ее в водоемы, а последние обогащают воздух влагой, ионами хлора, сульфатов и др. Воздушными потоками они переносятся на сушу.

Ветропотоки способны формировать мезо- и микроформы рельефа (барханы, дюны, западины выдувания и т.д.) и даже определять формы и характер растений (например, флагообразные перекати-поле).

Таким образом, воздушные массы как вещество динамичное, в отличие от литосферы, интегрируют природные комплексы, сглаживая переходы между геосистемами ландшафтной оболочки.

Состояние атмосферы в конкретном районе земной поверхности выражается погодой и климатом.

Погода – непрерывно меняющееся состояние атмосферы в каком-либо месте за короткий промежуток времени (за сутки, неделю). Очень важное понятие «погода суток» – состояние атмосферы за самый короткий период времени, отражающееся и в развитии ландшафтов. Эти изменения прослеживаются через метеорологические элементы погоды.

Климат – многолетний режим атмосферы (погоды) в конкретной местности (районе, области, стране), определяемый географическим положением территории и климатообразующими факторами. Такими факторами являются солнечная радиация, характер подстилающей поверхности и связанная с ней циркуляция атмосферы, высота местности, характер рельефа и растительного покрова, современное оледенение, океанические течения.

В обобщенном виде на земном шаре насчитывают семь климатических поясов: экваториальный, субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субполярный и полярный. В них выделяются соответствующие типы климата, характеризуемые своими особенностями режима погоды, например, среди климатов умеренного пояса различают континентальный умеренный, океанический умеренный и др.

Основные характеристики погоды и климата определяются путем наблюдений на метеорологических станциях за солнечной радиацией, давлением, температурой, атмосферными осадками, влажностью воздуха и другими метеорологическими явлениями и процессами (туманами, грозами и др.).

Солнечная радиация – излучение Солнца, распространяющееся в виде электромагнитных волн со скоростью 300 000 км/с. Различают прямую солнечную радиацию и рассеянную. Вместе они составляют суммарную радиацию. Часть солнечной радиации отражается обратно в атмосферу. Эта величина называется альбедо. Наибольшей отражательной способностью обладает снег.

Тепловой режим подстилающей поверхности и воздуха характеризуется максимальными температурами поверхности Земли, которые наблюдаются после 13 ч, а минимальные-в момент восхода Солнца. На суточный и годовой ход температуры воздуха в приземном слое влияют широта местности, характер подстилающей поверхности и ее физические свойства.

Атмосферное давление на каждый квадратный метр земной поверхности, лежащей на уровне океана, составляет 10 333 кг. Такое давление, которое уравновешивается столбиком ртути высотой 760 мм, принято считать нормальным.

В системе СИ единица измерения давления – Паскаль (Па);

1 мм ртутного столба = 133,32 Па; нормальное давление – 101–325 Па. Давление воздуха всегда снижается с высотой. Система замкнутых изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым давлением) с пониженным давлением в центре называется циклоном, а с повышенным в центре – антициклоном.

В циклонах наблюдаются восходящие движения воздуха, а в антициклонах – нисходящие. Поэтому погода в антициклонах тихая, сухая и малооблачная. Основная причина изменения давления – перемещение воздуха, его отток из одного места и приток в другое. Скорость движения циклона составляет в среднем 30 км/ч, а размеры в поперечнике достигают 3000 км.

Атмосферные осадки измеряются толщиной слоя воды на поверхности земли в миллиметрах. Один миллиметр осадков равен десяти тоннам воды на гектар. Различают два типа суточного хода осадков: континентальный, имеющий два максимума – утром и после полудня, и морской, с максимумом ночью. Годовой ход осадков зависит от широты, относительной влажности воздуха, характера воздушных масс,  рельефа и т. д. Для оценки атмосферной увлажненности территории определяют годовую сумму осадков и пользуются коэффициентом увлажнения (КУ), который представляет собой отношение суммы осадков Р к испаряемости Е за тот же период: КУ = (Р/Е) × 100 %.

Воздушные границы ландшафта крайне неопределенны. Макроклимат отражает климатические черты области или зоны. Климат ландшафта называют собственно климатом. Климат урочища – местный климат, или мезоклимат. Климат фации – микроклимат. Следовательно, климат ландшафта складывается из двух составляющих: фонового климата, отражающего общие черты макроклимата, и совокупности локальных мезо- или микроклимата.

Гидросфера – прерывистая оболочка земного шара, представляет совокупность океанов, морей, ледников, озер, рек. По ионному составу воды рек гидрокарбонатные, а воды морей – хлоридные. Общий объем гидросферы составляет около 1,5 млрд км³. Из них 94 % составляют воды Мирового океана; 1,64 % приходится на ледники и лишь 0,5 % - на озера, реки и водяные пары.

Вода является специфическим природным образованием с неповторимым и разнообразным сочетанием свойств, необходимым живому веществу:

а) значительная растворяющая способность;

б) химическая активность и подвижность;

в) высокая теплоемкость и теплопроводность;

г) значительная буферность;

д) способность находиться в трех состояниях в небольшом интервале температур;

е) благоприятное сочетание физических и химических параметров, необходимых организмам в качестве основы своего существования.

Вода в руслах рек меняется каждые 12 сут, или 30 раз в год, в озерах – через 10 лет. Характерной чертой для гидросферы является круговорот воды – это процесс, с которым связано естественное опреснение водных ресурсов, распределение воды на суше, обеспечение пресной водой растений, животных, человека. С круговоротом воды связаны эрозионные процессы, а также формирование рельефа Земли. Последнее десятилетие наблюдается увеличение объема воды в океане и сокращение ее запасов на ледниках.

Гидросфера – важная составная часть ландшафтов. Наличие более или менее обводненных территорий резко дифференцирует ландшафтную оболочку Земли на наземные (суша) и водные геосистемы (территориальные и аквальные ландшафтные комплексы). Роль природных вод в ландшафтах трудно переоценить.

Вода является одним их самых теплоемких веществ на Земле (1 кал/г – 1 °С). Кроме того, она характеризуется очень большими затратами поглощаемого и выделяемого тепла при фазовых переходах (лед, вода, пар). Это определяет ее основную роль в теплообмене между регионами, а также компонентами и элементами внутри геосистем.

Поверхностный сток – очень мощный фактор перераспределения вещества между геосистемами, а также формирования рельефа. С водными потоками осуществляются основные виды обмена и миграции химических элементов как между компонентами ландшафтов, так и между самими ландшафтными комплексами, или геосистемами.

В то же время в разных ландшафтных условиях формируются воды с разными кислотно-щелочными свойствами. Последние определяют неодинаковые условия водной миграции и концентрации разных химических элементов в ландшафтах.

В условиях разного водного режима формируются разные типы, подтипы и разновидности почв.

Зональным типом водного режима в значительной степени определяется и характер растительности. Так, мерзлотный водный режим типичен для тундр, лесотундр, разреженной лиственничной тайги севера Центральной Сибири. Промывной режим определяет развитие лесных ландшафтов (от таежных до экваториальных), а также разные варианты подзолистых почв с промытыми верхними горизонтами.

Периодический промывной режим характеризует варианты лесостепных ландшафтов средиземноморские ландшафты. Непромывной режим типичен для аридных ландшафтов с господством травянистой растительности и ксерофитных кустарников (степи, полупустыни, пустыни).

Таким образом, природные воды, с одной стороны дифференцируют ландшафты по степени увлажнения. С другой стороны, обладая большой динамичностью, они объединяют ландшафтные компоненты и комплексы в единые геосистемы. Вода часто является лимитирующим фактором в ландшафтах, т. е. она может быть ведущим фактором формирования и функционирования геосистем.