Ритмичность, зональность и азональность в географической оболочке

 

Ритмичностью называется повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. Различают две формы ритмики: периодическую – это ритмы одинаковой продолжительности, и циклическую – ритмы переменной длительности.

Ритмы бывают разной продолжительности: сверхвековые,внутривекоыве, годовые, суточные. Самый крупный ритм в истории Земли связан с движением Солнечной системы вокруг ядра Галактики и составляет 180–220 млн. лет. В жизни Земли он представлен тектоническими этапами: каледонским (кембрий – ордовик – силур, 200 млн. лет), герцинским (девон – пермь, 180 млн. лет), мезозойским (триас – мел, 165 млн. лет), кайнозойским. В это время активизируются тектонические движения, вулканизм, изменяются очертания материков, что, в свою очередь, обуславливает изменение климата.

Из сверхвековых ритмов хорошо изучен ритм продолжительностью 1800–2000 лет, который обусловлен изменением приливообразующих сил на Земле. Примерно раз в 1800 лет Солнце, Луна и Земля оказываются в одной плоскости и на одной прямой, причем расстояние между Солнцем и Землей наименьшее. В ритме выделяются три фазы. Первая фаза – трансгрессивная (прохладного и влажного климата), развивающаяся быстро, но имеющая небольшую продолжительность в 300–500 лет (усиливалось оледенение. Увеличивался сток рек, повышался уровень озер). Вторая фаза – регрессивная (сухого и теплого климата), длительность этой фазы составляет 600–800 лет (ледники отступали, реки мелели). Третья фаза – переходная, длительность ее 700–800 лет

Среди внутривековых ритмов наиболее четкими оказались циклы продолжительностью в 11, 22 и 33 года, связанные с солнечной активностью. А.Л. Чижевский считал, что на пике солнечной активности усиливаются вспышки эпидемий, увеличивается вулканическая активность, частота возникновения циклонов, а также массовые волнения людей, народные восстания (революции 1905 и 1917 гг., события 2000 г. – войны в Чечне, Абхазии, Афганистане – точно соответствуют пику солнечной активности).

Годовая ритмика связана со сменой времен года и обусловлена орбитальным движением Земли и наклоном оси. Сезонная ритмика наблюдается во всех геосферах: в атмосфере существует годовой ход влажности, температур, атмосферных осадков, формируются сезонные ветры – муссоны. В литосфере в течение года изменяется интенсивность выветривания, других экзогенных процессов. В гидросфере наблюдается годовой ход температуры воды, солености, плотности, сезонная миграция рыб.

Суточная ритмика связана со сменой дня и ночи, возникающей из-за вращения Земли вокруг оси. Суточный ритм проявляется в суточном ходе всех метеоэлементов, фотосинтез идет только днем, на свету. Человек также живет по «солнечным часам»: активность организма понижается с 2 до 5 часов утра и с 12 до 14 часов солнечного времени, в это время уменьшается частота пульса, ухудшается память, понижается температура. Наиболее активен человек с 8 до 12 часов и с 14 до 17 часов.

Суточная ритмика на разных широтах имеет свою специфику. Это связано с продолжительностью освещения и высотой Солнца над горизонтом. На экваторе день равен ночи в течение всего года. По направлению к полюсам летом длительность дня увеличивается, а ночи уменьшается, зимой наоборот, увеличивается длительность ночи. В дни летнего солнцестояния на полярных кругах длительность дня равна 24 часам. За полярным кругом летом наблюдается полярный день.

Ритмические явления, как и круговороты не замкнуты в себе, протекающие на фоне непрерывного развития ГО, они не могут повторить в конце ритма то состояние, какое было в его начале. Изучение ритмов в природе важно для научных и практических прогнозов происходящих в ней процессов.

Зональность – закономерное изменение компонентов или комплексов от экватора к полюсам благодаря изменению угла падения солнечных лучей. Основные причины зональности – форма Земли и положение Земли относительно Солнца, а предпосылка – падение солнечных лучей на земную поверхность под углом, постепенно уменьшающимся в обе стороны от экватора.

Основоположником учения о зональности был русский почвовед и географ В.В. Докучаев, который считал, что зональность – это всеобщий закон природы. Географы разделяют понятия компонентная и комплексная зональность. Представление о компонентной зональности сложилось с античных времен. Еще Аристотель выделил на Земле тепловые пояса. Комплексную зональность открыл и обосновал В.В. Докучаев. Ученые выделяют горизонтальную, широтную и меридиональную зональность. Очевидно, более общее понятие – горизонтальная зональность (на равнинах она проявляется как широтная, в приокеанических секторах ориентация зон становится почти меридиональной).

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 ВМ, климаты; характер гидрографической сети и гидрологические процессы; особенности геохимических процессов 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 природных зон.

Размывается зональность в высоких слоях атмосферы, на рубеже 20–25 км, т.к. выше действует динамическая система, независимая от тропосферной. Быстро исчезают зональные различия и в земной коре. Сезонные и суточные колебания температуры охватывают слой горных пород толщиной не более 15–30 м; на этой глубине устанавливается температура 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 связано уже не с солнечной радиацией, а с источниками энергии земных недр, поддерживающими, как известно, азональные процессы. Зональность во всех случаях затухает по мере приближения к границам ГО.

Наиболее крупные зональные подразделения ГО – географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира. Иными словами, под географическим поясом понимают широтное подразделение ГО, обусловленное климатом (в соответствии с классификацией Б.П. Алисова). Главный смысл выделения географических поясов заключается в обрисовке лишь самых общих черт распределения первичного фактора зональности – тепла. Общие черты циркуляции атмосферы, управляющие переносом влаги, т.е. основного фактора внутренней неоднородности природных зон, необходимо брать во внимание при делении географических поясов на секторы (выделяют два океанических и континентальный). Наиболее благоприятны условия для жизни людей в умеренном, субтропическом, субэкваториальном географических поясах. Географические пояса выделяются на материках и на океанах. Внутри поясов на суше по соотношению тепла и влаги (что приводит к общности биологичеких компонентов – биоценозов) выделяются географические зоны. Зоны делятся на подзоны по степени выраженности зональных признаков. Теоретически в каждой зоне, вытянутой в широтном направлении, можно выделить только три подзоны: северную, центральную и южную. Следует отметить, что зональность хорошо выражена только на земной поверхности, с высотой и глубиной зональность быстро затухает.

А.А. Григорьевым и М.И. Будыко разработан периодический закон географической зональности. Географические пояса выделяются по радиационному балансу, географические зоны по индексу сухости, т.е. по соотношению радиационного баланса и теплоты, необходимой для испарения годового количества осадков. При одинаковом значении радиационного индекса сухости в каждом географическом поясе развивается подобная зона. Например, при индексе равном 0,8, во всех поясах развивается зона лесов, однако экваториальные леса отличаются от лесов умеренного пояса. Следовательно, своеобразный облик географической зоне придает соответствующий географический пояс (количество тепла).

Для выявления закономерностей в расположении географических поясов и зон группой ученых (А.М. Рябчиков и др., 1972) был построен гипотетический материк, размеры которого соответствуют половине площади суши, конфигурация – ее расположению по широтам, поверхность представляет собой невысокую равнину, омываемую океаном (рис. 21). Нанесенные на гипотетический материк границы поясов и зон отражают средние площади их контуров на равнинах реальных материков, а на месте горных районов они приведены к уровню этой равнины. Оказалось, что большее распространение суши в СП вызывает сильное растягивание зон в континентальных секторах северных умеренного и субтропического поясов. В ЮП эти секторы выклиниваются. В общих чертах зональность ЮП повторяет зональность СП. Большинство географических зон располагается меридионально. Только на территории Канады и России, преимущественно в континентальных секторах умеренного и субарктического поясов, преобладает широтное положение зон. Зональность прекрасно выражена на Восточно-Европейской равнине (именно при изучении почвы этой равнины В.В. Докучаев открыл закон зональности).

Зоны не везде образуют сплошные полосы. Границы многих зон отклоняются от параллелей, в пределах одних и тех же зон наблюдаются большие контрасты в природе. Поэтому наряду с зональностью выделяют другую географическую закономерность – азональность. Азональность – изменение компонентов и комплексов, связанное с проявлением эндогенных процессов. Причина азональности – неоднородность земной поверхности, наличие материков и океанов, гор и равнин на материках, своеобразие местных факторов: состав горных пород, рельеф, условия увлажнения и др. Азонален эндогенный рельеф, т.е. размещение вулканов и тектонических гор, строение материков и океанов.

Существует две основные формы проявления азональности – секторность географических поясов и высотная поясность. В пределах географических поясов выделяются три сектора – материковый и два приокеанических. Наиболее ярко секторность выражается в умеренном и субтропическом географических поясах, слабее всего – в экваториальном и субарктическом.

Высотная поясность – закономерная смена поясов от подножия к вершине горы. Высотные пояса не копии, а аналоги широтных зон, в основе их выделения лежит уменьшение температуры с высотой, а не изменение угла падения солнечных лучей. Кроме того, в горах изменяется спектр солнечной радиации: возрастает доля ультрафиолетовых лучей. При подъеме в горы уменьшается давление, а также не наблюдается изменения продолжительности дня и ночи, как при перемещении от экватора к полюсам. Наиболее важные отличия между широтными зонами и аналогичными им высотными поясами заключаются в следующем:

1. Среди широтных зон есть зоны не только теплового, но и динамического происхождения (например, области субтропических максимумов давления), аналогичных по происхождению высотных поясов быть не может.

2. Температура с высотой изменяется гораздо быстрее, чем по горизонтальному направлению от экватора к полюсам. В СП температура убывает в среднем на 0,5º на каждый градус широты, в тропосфере по вертикали – в среднем на 6º на каждый километр. Именно быстрое уменьшение температуры с высотой предопределяет возможность высотной климатической поясности при условии, что рельеф земной поверхности поднят на достаточную высоту (смена поясов в горах происходит быстрее).

3. Высотная поясность в горах складывается не просто под влиянием изменения высоты, но и под влиянием конкретных форм земного рельефа. Различие в рельефе – одно из принципиальных для той обстановки, в которой формируются широтные зоны и высотные пояса. Поэтому высотная поясность более разнообразна и изменчива, чем зональность, и в гораздо большей степени подвержена местным факторам (в горах существует пояс субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах).

4. Структура высотной поясности весьма сильно зависит от экспозиции горного склона. На южных и северных, на подветренных и наветренных склонах формируется разный спектр поясов. На наветренных склонах может произрастать лес, на подветренных, в более засушливых условиях – степь. В результате возникает асимметрия поясности, т.е. различие высот одноименных поясов на противоположных склонах.

5. В известных условиях возникает инверсия высотной поясности (инверсии широтных зон не бывает). Наиболее обычная причина инверсий – застаивание в межгорных котловинах холодного воздуха, который скатывается сюда с горных склонов и вершин (на дне котловины располагается тундра, на склонах – хвойный лес).

Вместе с тем высотная поясность имеет много общего с горизонтальной зональностью: смена поясов при подъеме в горы происходит в той же последовательности, что и на равнинах при движении от экватора к полюсам. Широтная зональность определяет тип высотной поясности: у каждой зоны свой типичный набор поясов. Высотная поясность всегда начинается у подошвы горной цепи с аналога той широтной зоны, на которую опирается горное подножие. В горах, находящихся в степной зоне, первый высотный пояс – горно-степной. Количество высотных поясов в целом зависит от высоты гор и широты места. Самый простой спектр наблюдается в горах полярных широт – там существует единственный пояс ледников. В умеренных широтах уже от трех до пяти поясов, в экваториальном поясе развивается самый полный спектр высотных поясов (рисунок16).

 

Пояса: 1 – вечного снега и льда, 2 – высокогорной пустыни, 3 – альпийский, 4 – субальпийский, 5 – высокогорных лесов с преобладанием восточного дуба, 6 – елово-пихтовых лесов, 7 – буковых лесов, 8 – смешанных лиственных колхидских лесов, 9 – лесов с преобладанием грузинскогог дуба, 10 – полупустынь, степей и сухолюбивых редколесий, 11 – пустынь

Рисунок 16– Схема высотных поясов растительности Закавказья

 

Наряду с высотной поясностью можно говорить о глубинной поясности подводных ландшафтов. Ф.Н. Мильков выделяет мелководные ландшафты шельфа, батиальные ландшафты материкового склона, абиссальные ландшафты ложа океана и ультраабиссальные ландшафты глубоководных желобов.

Нет единого мнения по поводу того, зональна или азональна высотная поясность. Ф.Н. Мильков относил высотную поясность к проявлению зональности. Он писал, что есть географические зоны равнин, отличающиеся относительно простым строением, и есть географические области горных стран, характеризующиеся более сложной структурой, изменяющейся в горизонтальном и вертикальном направлениях. С.В. Калесник полагал, что высотная поясность азональна. Н.А. Гвоздецкий считал, что наблюдается как бы две формы географической зональности: горизонтальная – на равнинах и высотная – в горах. А.Г. Исаченко пришел к выводу, что существуют три зональные закономерности: широтная поясность (широтная зональность), секторность (меридиональная зональность) и высотная (вертикальная) поясность.