Вчення про сучасних природних зонах Землі
Сучасні природні умови на земній поверхні закономірно змінюються з географічною широтою, що було помічено ще в глибоку давнину. Однак правильно пояснити причини цієї важливої закономірності, тобто чому сонячне тепло нерівномірно надходить, вдалося лише після того, як була доведена кулястість, обертання Землі та її рух навколо Сонця. У міру розширення знань про природу Землі вчення про світові широтних географічних поясах до теперішнього часу завоювало загальне визнання.
Ще наприкінці XVIII ст. учень М. В. Ломоносова і один з перших російських академіків І. І. Лепехін намітив загальну схему розміщення по земній поверхні рослинності і тваринного світу в залежності від теплових поясів, а на початку XIX ст. знаменитий німецький натураліст і мандрівник А. Гумбольдт встановив зональність і висотну поясність рослинності в зв'язку зі зміною кількості приходить на Землю тепла. Майже через сто років, на початку XX ст., Видатний російський вчений В. В. Докучаєв показав, що зонально поширені не тільки клімат і рослинність, а й багато інших елементів природи, що знаходяться в глибокій взаємозв'язку з кліматом. Ці уявлення, згодом розвинені Л. С. Бергом, А. А. Григор 'євим і багатьма іншими вченими, лягли в основу сучасного вчення про географічну зональність природи Землі.
Основна причина зональності природи полягає в кулястості Землі, в поєднанні з добовим обертанням її навколо своєї осі і річним рухом навколо Сонця. Як відомо, величезна кількість променевої енергії, що утворюється в результаті відбуваються на Сонці ядерних реакцій, безперервно розтікається на всі боки, але на віддалену від Сонця Землю доводиться лише дуже невелика її частка, а саме близько 1 / 2200 000 000.
Навіть проходячи через земну атмосферу і зустрічаючи на своєму шляху хмари, пил і водяні пари, сонячні промені частково поглинаються або відображаються у світовий простір. До земної поверхні доходить лише близько 40% сонячної енергії, що надходить на верхню межу атмосфери. Разом з тим приходить промениста енергія Сонця дає земної поверхні світло, тепло і енергію майже для всіх хімічних перетворень земної речовини, що відбуваються на земній поверхні. Велика частина з поглиненої тут сонячної енергії перетворюється на теплову і механічну енергію руху, і лише порівняно невелика (близько 0,8%) використовується зеленими рослинами для хімічних процесів перетворення неорганічних речовин в органічні (фотосинтез). Кількість надходить сонячної енергії закономірно зменшується від екватора до полюсів в залежності від кута падіння сонячних променів і довжини їх шляху через атмосферу. У цьому ж напрямку змінюється і атмосферний тепло. Саме тому в природі земної поверхні і проявляється так звана яскраво виражена географічна зональність.
Спочатку на поверхні Землі виділялося 5 теплових поясів: один жаркий, розташований по обидві сторони від екватора між північним і південним тропічними колами; два помірних - між тропічними і полярними колами і два холодних, розташованих навколо Північного і Південного полюсів.
Пізніше, коли накопичилося достатньо відомостей про температуру земної поверхні в різних частинах нашої планети, число теплових поясів збільшилася до 7, а за кордону між ними почали приймати не астрономічні тропічні та полярні кола, а лінії рівних середніх температур (ізогерм). За кордон жаркого поясу стали приймати середню річну ізотерму в 20 °, з якої близько збігається кордон поширення пальм. Межами помірних поясів з холодними стали вважати ізотерму самого теплого місяця в році +10 °, з якої близько збігається межа між лісом і тундрою.
З холодних поясів виділили ще два пояси вічного морозу, кордон між якими проводили по ізотермі самого теплого місяця на рік 0 °.
У наш час, користуючись даними про температуру і кількості надходить сонячної енергії (радіації), виділяють 13 радіаційно-теплових поясів, які зазвичай називають географічними: арктичний, антарктичний, субарктичний, субантарктичний, помірні північний і південний, субтропічні північний і південний, тропічні північний і південний, субекваторіальні північний і південний, екваторіальний. Радіаційно-теплові пояси, що залежать в основному від географічної широти, добре простежуються як на суші, так і в океані.
Поверхня Землі володіє різною здатністю, що відображає падаючих на неї сонячних променів (величиною альбедо). З цієї причини різні частини поверхні по-різному поглинають тепло і нагріваються. Найбільше сонячних променів (від 80 до 97%) поглинає відкрита водна поверхня океану, відображаючи в атмосферу всього від 20 до 3% падаючої на неї радіації. Вода поглинає найбільшу кількість надходить від сонця тепла і дуже повільно його віддає в світовий простір. Між тим водна поверхня займає близько 3 / 4 всієї поверхні Землі. Тому Світовий океан і є накопичувачем і головним джерелом тепла на Землі.
Одноманітністю фізичних властивостей водної поверхні пояснюється рівномірність і мала величина коливань температури над океанами.
Поверхня суші, різноманітна за своїми властивостями, поглинає різну кількість сонячної енергії. Трави і листя дерев у середньому поглинають від 70 до 80%, а щойно випав чистий сніг всього від 2-3 до 10% всієї енергії, що надходить, все ж інше її кількість відбивається в атмосферу і в світовий простір. Багато сонячних променів відображають також і морські льоди, вкриті снігом.
Деякі вчені вважають, що дуже низькі температури і малі запаси тепла в приполярних районах Арктики і Антарктики, покритих круглий рік льодами і снігом, залежать не стільки від меншої кількості надходить тепла, скільки від сильного відображення променів поверхнею Землі в цих районах. За це говорить і те, що в приполярних широтах протягом літніх місяців в результаті цілодобового освітлення і великої прозорості повітря річна кількість прийдешньої сонячної енергії лише трохи поступається помірним широт, а найбільші величини прямої радіації, за спостереженнями в антарктичній станції «Мирний», навіть перевищують величини прямої радіації Тбілісі і Ташкента.
Тим не менш, приполярні райони роблять сильний охолоджуючий вплив на клімат усієї земної кулі. Вивченням цього впливу займаються зараз багато вчених різних країн.
Нерівномірне нагрівання земної поверхні спричиняє рух повітряні і водні маси, які прагнуть вирівняти температуру. Взаємопов'язані повітряні і морські течії переносять з місця на місце величезна кількість тепла. Особливо велику роль в перенесенні (адвекції) тепла грають теплі і холодні морські течії, так як вода поглинає і накопичує тепла значно більше, ніж повітря. Тому більш сильні відхилення від середніх температур спостерігаються на морських узбережжях. Так, наприклад, на нашому Мурманськом узбережжі, омивається продовженням Гольфстріму - теплим Атлантичним перебігом, що приходять з тропічних широт, незважаючи на його північне положення (близько 70 ° с. Ш.), Є незамерзаючі круглий рік гавані. Більш рухливі повітряні течії внаслідок малої теплоємності повітря переносять тепло на великі відстані, але в меншій кількості.
Загальний вигляд природи будь-якої ділянки поверхні суші, характер його грунтів, рослинності, тваринного населення та інше залежать не тільки від кількості надходить тепла, але і вологи: опадів, вологості повітря, підтікання поверхневих і грунтових вод. Цим природа суші відрізняється від природи водойм, де кількість вологи постійно і характер її визначається іншими умовами (температурою і прозорістю води, її складом, солоністю та ін.)
Основне джерело атмосферних опадів на суші - Світовий океан з його морями, в якому міститься більше 98% всіх вод земної кулі. Випаровуючись із поверхні океану, водяні пари повітряними течіями переносяться на материки, де випадають у вигляді дощу і снігу. Замикаючи постійний кругообіг, вода повертається в океан у вигляді річок, струмків і підземних вод. Одноразово в повітрі міститься води в 11 разів більше, ніж у річках (близько 13 тис. км 3). Кількість опадів, що випадають в різних районах суші, залежить від напряму повітряних течій, від відстані до джерела зволоження - океану, від рельєфу земної поверхні і ряду інших умов. Опади випадають переважно при русі повітря з більш нагрітих в охолоджені ділянки, при підйомі теплого і вологого повітря у більш холодні шари атмосфери в циклонах і на підвітряних схилах гір, при вітрах з моря.
Тому річна кількість атмосферних опадів розподіляється значно складніше, ніж сонячне тепло. Звідси і природні ландшафти суші різноманітніше і картина їх розподілу складніше широтних теплових поясів. Можна, таким чином, сказати, що в межах радіаційно-теплових поясів неоднакове зволоження веде до формування різних географічних зон на земній кулі.
Однак не тільки кількістю тепла і вологи визначаються особливості природи окремих ділянок земної поверхні, але і співвідношенням тепла і вологи. У кожному поясі, відповідно до запасами тепла, може випаруватися певну кількість вологи. У тундрової зоні, де панують низькі температури і випаровування вологи невелика, навіть невелика кількість опадів, що випадають не може випаруватися й вода накопичується на поверхні, викликаючи заболочування місцевості. У жарких поясах випадають навіть у великій кількості опади випаровуються повністю, а в багатьох місцях цього поясу випаровуються також запаси і грунтових вод.
Таким чином, природні умови на суші тільки в загальних рисах змінюються з географічною широтою і велика частина географічних зон на відміну від радіаційно-теплових поясів не утворює суцільних смуг, оперізують всю земну кулю. Вони перериваються водними просторами і чітко простежуються тільки на рівнинах. У горах з висотою температура знижується, а кількість опадів звичайно збільшується, обумовлюючи зміну природних умов, тобто так звані вертикальні природні пояси.
Широтна географічна зональність найбільш чітко виражена в тих частинах материкових рівнин, де кількість опадів, що випадають поступово змінюється разом з надходженням тепла з півночі на південь. Так, наприклад, в арктичному і субарктичному поясах кількість опадів і тепла поступово зменшується від помірного поясу до полюса. Тому кордони арктичних пустель, тундри, лісотундри і північної тайги витягнуті тут з заходу на схід на всіх материках. У помірному ж поясі, де панують західні повітряні течії приносять з океану на материк опади і тепло, кількість їх зменшується з заходу на схід, широтна географічна зональність порушується. На одних і тих же широтах, в залежності від віддаленості рівнин материка від океану, що служить джерелом вологи і тепла, зустрічаються і вологі широколистяні ліси, і степи, і пустелі. У тих же місцях, де повітряні течії спрямовані з материка на океан (наприклад, пасати в північно-західній частині Африки і в Південній Америці), тропічні пустелі підходять впритул до океанічного березі.
Великий вплив на зональність надають і гірські ланцюги, що стоять на шляху повітряних течій. При переході через гірські хребти містяться в повітрі опади випадають на підвітряних схилах гір, а на інший схил хребта приходить сухе повітря. Внаслідок цього Гімалайські гори служать кордоном між вологими тропічними лісами Індії і пустелями Тибету та Центральної Азії, а Анди відокремлюють пустелю Південної Америки Атакаму від тропічних лісів Аргентини і Болівії. У Північній Америці (між 50 і 40 ° с. Ш.) Кордильєри перегороджують шлях повітряним течіям, що несе вологу з Тихого океану, тому на схід від гір простягаються пустелі і степи, поступово змінюються широколистяними, а далі хвойними лісами.
Межі між цими зонами з широтних перетворюються на меридіональні. Таким чином, зональність, обумовлена космічними факторами, - одна з найбільш загальних закономірностей у характері сучасної природи нашої планети, У той же час конкретні прояви зональності на поверхні Землі залежать від земних причин, що визначають насамперед співвідношення тепла і вологи, властиве тій чи іншій частині земної поверхні. Вивчення взаємодії космічних і земних впливів на загальний вигляд сучасної природи має велике наукове і практичне значення
Широтна зональність - закономірна зміна фізико-географічних процесів, компонентів і комплексів геосистем від екватора до полюсів.
Первинна причина зональності - нерівномірний розподіл сонячної енергії за широтою внаслідок кулястої форми Землі і зміні кута падіння сонячних променів на земну поверхню. Крім того, широтна зональність залежить і від відстані до Сонця, а маса Землі впливає на здатність утримувати атмосферу, яка служить трансформатором і перераспределітель енергії.
Велике значення має нахил осі до площини екліптики, від цього залежить нерівномірність надходження сонячного тепла по сезонах, а добове обертання планети обумовлює відхилення повітряних мас. Результатом відмінності у розподілі променистої енергії Сонця є зональний радіаційний баланс земної поверхні. Нерівномірність надходження тепла впливає на розташування повітряних мас, влагооборот і циркуляцію атмосфери.
Зональність виражається не тільки в у середньорічній кількості тепла і вологи, а й у внутрішньорічних зміни. Кліматична зональність відбивається на стоці і гідрологічному режимі, освіті кори вивітрювання, заболочування. Великий вплив виявляється на органічний світ, специфічні форми рельєфу. Однорідний склад і більша рухливість повітря згладжують зональні відмінності з висотою.
У кожній півкулі виділяють по 7 циркуляційних зон.
Вертикальна поясність також пов'язана з кількістю тепла, але тільки залежить це від висоти над рівнем моря. При підйомі в гори міняються клімат, тип грунтів, рослинність і тваринний світ. Цікаво, що навіть у жарких країнах можна зустріти ландшафти тундри і навіть крижаної пустелі. Але для того, щоб це побачити, доведеться піднятися високо в гори. Так, в тропічних і екваторіальних зонах Анд Південної Америки і в Гімалаях ландшафти послідовно змінюються від вологих дощових лісів до альпійських лугів і зони вічних льодовиків і снігів.
Не можна сказати, що висотна поясність повністю повторює широтні географічні зони, адже в горах і на рівнинах багато умови не повторюються. Найбільш різноманітний спектр висотних поясів у екватора, наприклад на найвищих вершинах Африки горах Кіліманджаро, Кенія, піке Маргеріта, в Південній Америці на схилах Анд
Ми знаємо, що на нашій планеті від екватора на північ змінюються природні (ландшафтні) зони: екваторіальних лісів, саван, пустель, степів, широколистяних, мішаних, хвойних лісів, тундролесій, тундри і, нарешті, полярних пустель і льодів. Це широтна зональність. Але є інша географічна закономірність - довготних зональність. Про неї майже ніде не говориться, навіть у вузівських підручниках згадується лише побіжно. Але ж жити і працювати треба в певних природних умовах. Що, наприклад, сіяти в Якутії і Забайкалье: пшеницю, ячмінь, а може, кукурудзу і бавовник? А який худобу розводити: північних оленів, корів або тонкорунних овець? Який одяг завозити в магазини: хутряні кожухи або бавовняні безрукавки? З досвіду ми знаємо, що в Москві взимку часом цілком можна обійтися демісезонні пальта, в крайньому випадку з підстібками, але от у Тинді, що знаходиться майже на тій же географічній широті, (навіть трохи південніше), щорічно бувають морози в -50 ° С. Там демісезонні пальта не обійдешся.
Виходить, практично не завжди можна орієнтуватися тільки на широтну зональність. На заході - змішані ліси, клімат помірний, в Якутії в основному модринові не дуже густі ліси на мерзлотних грунтах, а клімат! Таку різку континентальність, як в Якутії і Забайкаллі, мало де на земній кулі знайдеш. Значить, ландшафти і клімат істотно змінює щось інше. Це інше - механічна енергія Землі. Обертання Землі з заходу на схід захоплює в цьому напрямку і повітря. У наших середніх помірних і субтропічних широтах повітря йде головним чином із заходу на схід. Разом з ним переноситься волога і тепло з Атлантичного океану. Однак Євразійський континент занадто великий, щоб волога і тепло могли розподілятися рівномірно. Західній Європі пощастило. Тут і зима тепла, і атмосферних опадів хоч відбавляй. От і ростуть там широколистяні ліси.
Досить опадів і в Прибалтиці, в Карелії і на Кольському півострові. Але північ все ж таки дає себе знати, і якби не європейська «піч» - тепле Північноатлантичне протягом, тут випадало б більше снігу, ніж дощів. У такому випадку, хто знає, чи не настав би нове материкове заледеніння!
Чим далі на схід просувається атлантичне повітря над континентом, тим скупіше він стає, втрачає вологу і тепло. Гірський поріг Уралу ще збирає на своєму західному схилі досить дощів та снігу, далі стає суші. Останню вологу атлантичне повітря вихлюпує на висоти Алтаю і уступ Середньосибірського плоскогір'я. На схід, до самого басейну Амура і прибережних гір Далекого Сходу, панує різко континентальний клімат.
Зменшення вологи при постійній енергії сонця поступово змінює вигляд кожної широтної зони. Виникають довготні їх відрізки за ступенем континентальності.
На Далекому Сході теж океан, але його вплив на сушу дуже незначно. Своє тепло і атмосферні опади із-за західного переносу повітря він віддає Америці. Нашу ж територію, за винятком Курил і Камчатки, океан зволожує тільки в теплу пору року - з середини червня до середини серпня. У цей час суша прогрівається і більш прохолодний океанічний повітря спрямовується на неї. Починаються мусонні дощі, зливи, особливо в південній частині Сахаліну і в басейні Амура. Північніше мусон слабшає через те, що береги омиває холодне Охотське море. Воно охолоджує океанічний повітря, а високі гори узбережжя обмежують проникнення морського впливу вглиб континенту.