Зональность земли

Природная зональность — одна из наиболее ранних закономерностей в науке, представления о которой углублялись и совершенствовались одновременно с развитием географии. Зональность, наличие природных поясов на известной Ойкумене находили греческие ученые V в. до н.э. Геродот (485−425 гг. до н.э.) и Эвдоникс из Книда (400−347 до н.э.), различающий пять зон: тропическую, две умеренные и две полярные. А несколько позже римский философ и географ Посидоний (135−51 гг. до н.э.) еще более развернул учение о природных поясах, отличающихся один от другого климатом, растительностью, гидрографией, особенностями состава и занятий населения. Широта местности получила у него преувеличенное значение, вплоть до того, что она влияет якобы на «вызревание» драгоценных камней.

Велик вклад в учение о природной зональности немецкого естествоиспытателя А. Гумбольта. Главной особенностью его работ было то, что он каждое явление природы рассматривал как часть единого целого, связанную с остальной средой цепью причинных зависимостей.

Зоны Гумбольта — биоклиматические по своему содержанию. Наиболее полно его взгляды о зональности отражены в книге «География растений», благодаря чему он заслуженно считается одним из основоположников одноименной науки.

Зональный принцип был использован уже в ранний период физико-географического районирования России, относящейся ко второй половине XVIII — началу XIX столетия. Имеются в виду географические описания России А. Ф. Бишинга, С. И. Плещеева и Е. Ф. Зябловского. Зоны этих авторов имели комплексный, природохозяйственный характер, но вследствие ограниченности знаний были крайне схематичными.

Современные представления о географической зональности основываются на трудах В. В. Докучаева и Ф. Н. Милькова.

Широкому признанию взглядов В. В. Докучаева во многом способствовали труды его многочисленных учеников — Н. М. Сибирцева, К. Д. Глинки, А. Н. Краснова, Г. И. Танфильева и др.

Дальнейшие успехи в развитии природной зональности связаны с именами Л. С. Берга и А. А. Григорьева.

А.А. Григорьеву принадлежат теоретические изыскания о причинах и факторах географической зональности. Он приходит к заключению, что в формировании зональности наряду с величиной годового радиационного баланса и количества годовых осадков громадную роль играет их соотношение, степень их соразмерности. Им же была выполнена большая работа по характеристике природы основных географических поясов суши. В центре этих во многом оригинальных характеристик — физико-географические процессы, определяющие ландшафты поясов и зон.

Зональность — важнейшее свойство, выражение упорядоченности структуры географической оболочки Земли. Конкретные проявления зональности исключительно разнообразны и обнаруживаются как в физико-географических, так и в экономико-географических объектах. Ниже речь пойдет кратко о географической оболочке Земли, как о главном изучаемом объекте, а далее конкретно и подробно о законе зональности, его проявлениях в природе, а именно, в системе ветров, существовании климатических зон, зональности гидрологических процессов, почвообразования, растительности и т. д.

1. Географическая оболочка Земли

1.1 Общая характеристика географической оболочки

Географическая оболочка — наиболее сложная и разнообразная (контрастная) часть Земли. Ее специфические особенности сформировались в ходе длительного взаимодействия природных тел в условиях земной поверхности.

Одна из характерных особенностей оболочки — большое разнообразие вещественного состава, значительно превышающее разнообразие вещества, как недр Земли, так и верхних (внешних) геосфер (ионосферы, экзосферы, магнитосферы). В географической оболочке вещество встречается в трех агрегатных состояниях, обладает широким диапазоном физических характеристик — плотности, теплопроводности, теплоемкости, вязкости, раздробленности, отражательной способности и др.

Поражает большое разнообразие химического состава и активности вещества. Вещественные образования географической оболочки неоднородны по структуре. Выделяют косное, или неорганическое, вещество, живое (сами организмы), биокосное вещество.

Другая особенность географической оболочки — большое разнообразие поступающих в нее видов энергии и форм ее преобразования. Среди многочисленных трансформаций энергии особое место занимают процессы ее накопления (например, в виде органического вещества).

Неравномерное распределение энергии на земной поверхности, вызванное шарообразностью Земли, сложным распределением суши и океана, ледников, снегов, рельефа земной поверхности, и разнообразие типов вещества определяют неравновесность географической оболочки, что служит основой для возникновения разнообразных движений: потоков энергии, циркуляции воздуха, воды, почвенных растворов, миграции химических элементов, химических реакций и т. д. Движения вещества и энергии связывают все части географической оболочки, обусловливая ее целостность. [9, 13]

В ходе развития географической оболочки как материальной системы происходило усложнение ее структуры, увеличение разнообразия вещественного состава и энергетических градиентов. На определенном этапе развития оболочки появилась жизнь — наиболее высокая форма движения материи. Возникновение жизни — закономерный результат эволюции географической оболочки. Деятельность живых организмов привела к качественному изменению природы земной поверхности.

Существенное значение для возникновения и развития географической оболочки имеет совокупность планетарных факторов: масса Земли, расстояние до Солнца, скорость вращения вокруг оси и по орбите, наличие магнитосферы, обеспечивших определенную термодинамическую взаимодействий — основы географических процессов и явлений. Изучение ближайших космических объектов — планет Солнечной системы — показало, что только на Земле сложились условия, благоприятные для возникновения достаточно сложной материальной системы.

В ходе развития географической оболочки возрастала ее роль как фактора собственного развития (саморазвития). Большое самостоятельное значение имеют состав и масса атмосферы, океана и ледников, соотношение и размеры площадей суши, океана, ледников и снегов, распределение суши и моря по земной поверхности, положение и конфигурация форм рельефа различного масштаба, различных типов природной среды и т. д.

На достаточно высоком уровне развития географической оболочки, ее дифференциации и интеграции возникли сложные системы — природные территориальные и аквальные комплексы.

Перечислим некоторые важнейшие параметры географической оболочки и ее крупных структурных элементов.

Площадь земной поверхности 510,2 млн. км². Океан занимает 361,1 млн. км² (70,8%), суша — 149,1 млн. км² (29,2%). [10, 21] Выделяют шесть крупных массивов суши — материков, или континентов: Евразию, Африку, Северную Америку, Южную Америку, Антарктиду и Австралию, а также многочисленные острова.

Средняя высота суши 870 м, средняя глубина океана 3704 м. Океаническое пространство обычно подразделяют на четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. [10, 23]

Существует мнение о целесообразности выделения приантарктических вод Тихого, Индийского и Атлантического океанов в особый Южный океан, так как этот регион отличается особым динамическим и термическим режимом.

Распределение материков и океанов по полушариям и широтам неравномерно, что служит объектом специального анализа.

Для природных процессов важное значение имеет масса объектов. Массу географической оболочки точно определить невозможно вследствие неопределенности ее границ.

1.2 Горизонтальная структура географической оболочки

Дифференциация географической оболочки в горизонтальном направлении выражается в территориальном распределении геосистем, которые представлены тремя уровнями размерности: планетарным, или глобальным, региональным и локальным. Важнейшими факторами, определяющими структуру геосистем на глобальном уровне, являются шарообразность Земли и замкнутость пространства географической оболочки. Они определяют поясно-зональный характер распределения физико-географических характеристик и замкнутость, кругообразность движений (круговороты).

Распределение суши, океана и ледников также является важным фактором, обусловливающим известную мозаичность не только внешнего облика земной поверхности, но и типов процессов.

Динамическим фактором, воздействующим на направление движений вещества в географической оболочке, является сила Кориолиса.

Перечисленные факторы определяют общие особенности атмосферной и океанической циркуляции, которая зависит от планетарной структуры географической оболочки. [4, 82]

На региональном уровне на первый план выступают различия в местоположениях и очертаниях материков и океанов, рельефе поверхности суши, определяющие особенности распределения тепла и влаги, типов циркуляции, особенности расположения географических зон и другие отклонения от общей картины планетарных закономерностей. В региональном плане существенно положение территории относительно береговой линии, центра или осевой линии материка или акватории и т. д.

От этих пространственных факторов зависит характер взаимодействия между региональными геосистемами (морской или континентальный климат, муссонная циркуляция или преобладание западного переноса и т. д.).

Существенное значение имеют конфигурация региональной геосистемы, границы ее с другими геосистемами, степень контрастности между ними и т. д.

На локальном уровне (малые части региона площадью от десятков квадратных метров до десятков квадратных километров) факторами дифференциации являются различные детали строения рельефа (мезои микроформы — речные долины, водоразделы и т. п.), состав горных пород, их физические и химические свойства, форма и экспозиция склонов, тип увлажнения и другие частные особенности, придающие земной поверхности дробную неоднородность.

1.3 Поясно-зональные структуры

Многие физико-географические явления распределяются на земной поверхности в форме вытянутых преимущественно вдоль параллелей или субширотно (т.е. под некоторым углом к ним) полос. Это свойство географических явлений называется зональностью. Такая пространственная структура свойственна, прежде всего, климатическим показателям, растительным группировкам, типам почв; она проявляется в гидрологических и геохимических явлениях, как производная от первых. В основе зональности физико-географических явлений находится известная закономерность поступления на земную поверхность солнечной радиации, приход которой убывает от экватора к полюсам по закону косинуса. Если бы не особенности атмосферы и подстилающей поверхности, то приход солнечной радиации — энергетической основы всех процессов в оболочке — в точности определялся бы этим законом. Однако земная атмосфера имеет различную прозрачность в зависимости от облачности, а также запыленности, количества водяного пара и других компонентов и примесей. Распределение прозрачности атмосферы имеет, в числе прочих, зональную составляющую, что легко заметить на космическом снимке Земли: на нем полосы облаков образуют пояса (в особенности вдоль экватора и в умеренных и полярных широтах). Таким образом, на правильное закономерное убывание прихода солнечной радиации от экватора к полюсам накладывается более пестрая картина прозрачности атмосферы, выступающей в качестве дифференцирующего фактора солнечной радиации. [7, 105]

От солнечной радиации зависит температура воздуха. Однако на характер ее распределения влияет еще один дифференцирующий фактор — термические свойства земной поверхности (теплоемкость, теплопроводность), обусловливающий еще большую мозаичность распределения температур (по сравнению с солнечной радиацией). На распределение тепла, а, следовательно, и температуры поверхности влияют океанические и воздушные течения, образующие системы переноса тепла.

Еще более сложно распределяются на земном шаре атмосферные осадки. Они имеют две четко выраженные составляющие: зональную и секторную, связанные с положением на западной или восточной части континента, на суше или на море. Закономерности пространственного распределения перечисленных климатических факторов представлены на картах Физико-географического атласа мира. [7, 106]

Совместное воздействие тепла и влаги является тем основным фактором, который определяет большинство физико-географических явлений. Поскольку в распределении влаги и, особенно, тепла сохраняется поширотная ориентация, то и все производные от климата явления ориентированы соответствующим образом. Создается сопряженная пространственная система, имеющая поширотную структуру. Она называется географической поясностью. Поясная структура природных явлений на земной поверхности впервые достаточно отчетливо была отмечена А. Гумбольдтом, хотя о тепловых поясах, т. е. основе географической поясности, знали еще в Древней Греции. [7, 113] В конце прошлого века В. В. Докучаевым был сформулирован мировой закон зональности. В первой половине нашего века ученые стали говорить о географических зонах — вытянутых территориях с однотипным характером многих физико-географических явлений и их взаимодействий.

2. Закон зональности

2.1 Понятие зональности

Помимо территориальной дифференциации вообще, характернейшей структурной чертой географической оболочки Земли является особая форма этой дифференциации — зональность, т. е. закономерное изменение всех географических компонентов и географических ландшафтов по широте (от экватора к полюсам). 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. Не будь этой космической предпосылки, не было бы и зональности. Но очевидно также, что если бы Земля была не шаром, а плоскостью, как угодно ориентированной к потоку солнечных лучей, лучи падали бы на нее всюду одинаково и, следовательно, нагревали бы плоскость одинаково во всех ее точках. Есть на Земле черты, внешне напоминающие широтную географическую зональность, например последовательная смена с юга на север поясов конечных морен, нагроможденных отступавшим ледниковым покровом. Говорят иногда о зональности рельефа Польши, потому, что здесь с севера на юг сменяют друг друга полосы приморских равнин, конечноморенных гряд, ореднепольских низменностей, возвышенностей на складчато-глыбовом основании, древних (герцинских) гор (Судеты) и молодых (третичных) складчатых гор (Карпаты). Говорят даже о зональности мегарельефа Земли. Однако, только то, что прямо или косвенно обусловлено изменением угла падения солнечных лучей на земную поверхность, и может относиться к подлинно зональным явлениям. То, что похоже на них, но возникает по другим причинам, надо называть иначе.

Г. Д. Рихтер, следуя А. А. Григорьеву, предлагает различать понятия зональности и поясности, подразделяя при этом пояса на радиационные и тепловые. Радиационный пояс определяется количеством поступающей солнечной радиации, закономерно убывающим от низких широт к высоким. [4, 82]

На поступление это влияет форма Земли, но не влияет характер земной поверхности, оттого границы радиационных поясов совпадают с параллелями. Формирование тепловых поясов контролируется уже не только солнечной радиацией. Здесь имеют значение и свойства атмосферы (поглощение, отражение, рассеяние лучистой энергии), и альбедо земной поверхности, и перенос тепла морскими и воздушными течениями, вследствие чего границы тепловых поясов нельзя совместить с параллелями. Что касается географических зон, то их существенные черты обусловлены соотношением тепла и влаги. Соотношение это зависит, конечно, от количества радиации, но также и от факторов, лишь частично привязанных к широте (количество адвективного тепла, количество влаги в виде осадков и стока). Вот почему зоны не образуют непрерывных полос, и простирание их вдоль параллелей скорее частный случай, чем общий закон.

Если суммировать приведенные выше соображения, то их можно свести к тезису: свое конкретное содержание зональность приобретает в особых условиях географической оболочки Земли. [7, 118]

Для понимания самого принципа зональности довольно безразлично, назовем ли мы пояс зоной или зону поясом; эти оттенки имеют больше таксономическое, чем генетическое значение, ибо количество солнечной радиации одинаково образует фундамент существования и поясов, и зон.

2.2 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 ® земной поверхности, т. е. разница между количеством тепла, поглощаемого этой поверхностью, и количеством тепла, отдаваемого ею. Второй — это годовая сумма атмосферных осадков ®. 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.

2.3 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.

3. Проявление зональности

3.1 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]

3.2 Распределение тепла на Земле

В нагревании Земли Солнцем два основных механизма: 1) солнечная энергия передается через мировое пространство в форме лучистой энергии; 2) лучистая энергия, поглощенная Землей, преобразуется в тепловую.

Количество солнечной радиации, получаемое Землей, зависит:

от расстояния между Землей и Солнцем. Ближе всего к Солнцу Земля в начале января, дальше всего в начале июля; разница между этими двумя расстояниями — 5 млн. км, вследствие чего, Земля в первом случае получает на 3,4% больше, а во втором на 3,5% меньше радиации, чем при среднем расстоянии от Земли до Солнца (в начале апреля и в начале октября);

от угла падения солнечных лучей на земную поверхность, зависящего в свою очередь от географической широты, высоты Солнца над горизонтом (меняющейся в течение суток и по временам года), характера рельефа земной поверхности;

от преобразования лучистой энергии в атмосфере (рассеяние, поглощение, отражение обратно в мировое пространство) и на поверхности Земли. Среднее альбедо Земли — 43%.

Картина годового теплового баланса по широтным зонам (в калориях на 1 кв. см в 1 мин.) представлена в таблице II.

Поглощенная радиация к полюсам убывает, а длинноволновое излучение практически не меняется. Возникающие между низкими и высокими широтами температурные контрасты смягчаются переносом тепла морскими и главным образом воздушными течениями от низких широт к высоким; количество переносимого тепла указано в последней колонке таблицы.

Для общегеографических выводов важны также и ритмические колебания радиации из-за смены времен года, так как от этого зависит и ритмика теплового режима в той или иной местности.

По особенностям облучения Земли под разными широтами можно наметить и «черновые» контуры тепловых поясов.

В поясе, заключенном между тропиками, лучи Солнца в полдень все время падают под большим углом. Солнце дважды в году бывает в зените, разница в продолжительности дня и ночи невелика, приток тепла в году большой и сравнительно равномерный. Это — жаркий пояс.

Между полюсами и полярными кругами день и ночь могут длиться по отдельности больше суток. В долгие ночи (зимой) — сильное выхолаживание, так как притока тепла нет вовсе, но и в долгие дни (летом) нагревание незначительно вследствие низкого стояния Солнца над горизонтом, отражения радиации снегом и льдом и траты тепла на таяние снега и льдов. Это — холодный пояс.

Умеренные пояса располагаются между тропиками и полярными кругами. Так как Солнце летом стоит высоко, а зимой низко, колебания температуры в году довольно велики.

Однако помимо географической широты (стало быть, солнечной радиации) на распределение тепла на Земле влияют еще характер распределения суши и моря, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения. Если принять во внимание и эти факторы, то границы тепловых поясов нельзя совместить с параллелями. Оттого в качестве границ берут изотермы: годовые — для выделения того пояса, в котором годовые амплитуды температуры воздуха малы, и изотермы самого теплого месяца — для выделения тех поясов, где колебания температуры в году более резкие. По этому принципу на Земле различают такие тепловые пояса:

1) теплый, или жаркий, ограниченный в каждом полушарии годовой изотермой +20°, проходящей вблизи 30-й северной и 30-й южной параллели;

2−3) два умеренных пояса, которые в каждом полушарии лежат между годовой изотермой +20° и изотермой + 10° самого теплого месяца (соответственно июля или января); в Долине смерти (Калифорния) отмечена наивысшая на земном шаре июльская Температура + 56,7°;

4−5) два холодных пояса, в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°; иногда из холодных поясов выделяют две области вечного мороза со средней температурой самого теплого месяца ниже 0°. В северном полушарии это внутренняя часть Гренландии и, возможно, пространство около полюса; в южном полушарии — все, что лежит к югу от 60-й параллели. Особенно холодна Антарктида; здесь в августе 1960 г. на станции Восток зарегистрирована самая низкая на Земле температура воздуха -88,3°.

Связь между распределением температуры на Земле и распределением приходящей солнечной радиации совершенно отчетливая. Однако прямая зависимость между убыванием средних величин приходящей радиации и понижением температуры при возрастании широты существует только зимой. Летом же в течение нескольких месяцев в районе Северного полюса по причине большей здесь продолжительности дня сумма радиации заметно выше, чем на экваторе (рис. 2). Если бы летом распределение температуры отвечало распределению радиации, то летняя температура воздуха в Арктике была бы близка к тропической. Этого нет только потому, что в полярных районах существует ледяной покров (альбедо снега в высоких широтах достигает 70−90% и много тепла затрачивается на таяние снега и льда). При его отсутствии в Центральной Арктике летняя температура была бы 10−20°, зимняя 5−10°, т. е. сформировался бы совсем другой климат, при котором арктические острова и побережья могли одеться богатой растительностью, если бы тому не препятствовали многосуточные и даже многомесячные полярные ночи (невозможность фотосинтеза). То же было бы и в Антарктиде, только с оттенками «континентальности»: лето было бы теплее, чем в Арктике (ближе к тропическим условиям), зима — холоднее. Стало быть, ледяной покров Арктики и Антарктики — это скорее причина, чем следствие низких температур в высоких широтах. [8, 203]

Эти данные и соображения, не нарушая фактической, наблюдаемой закономерности зонального распределения тепла на Земле, ставят проблему генезиса тепловых поясов в новом и несколько неожиданном разрезе. Получается, например, что оледенение и климат — это не следствие и причина, а два разных следствия одной общей причины: какое-то изменение природных условий вызывает оледенение, а уже под влиянием последнего происходят решающие изменения климата. И все же хотя бы локальное изменение климата должно предшествовать оледенению, ибо для существования льда нужны вполне определенные условия температуры и влажности. Местная масса льда может повлиять на местный климат, что даст ей возможность разрастись, затем изменить климат более обширного района, получая стимул к дальнейшему разрастанию, и т. д. Когда такой расползающийся «ледяной лишай» (термин Гернета) охватит огромное пространство, он и приведет к коренному изменению климата на этом пространстве.

3.3 Барический рельеф и система ветров

зональность географический барический В барическом поле Земли достаточно наглядно обнаруживается зональное распределение атмосферного давления, симметричное в обоих полушариях.

Максимальные величины давления приурочены к 30−35-м параллелям и районам полюсов. Субтропические зоны высокого давления выражены весь год. Однако летом из-за прогрева воздуха над материками они разрываются, и тогда над океанами обособляются отдельные антициклоны: в северном полушарии — североатлантический и северотихоокеанский, в южном — южно-атлантический, южноиндийский, южно-тихоокеанский и новозеландский (к северо-западу от Новой Зеландии).

Минимальное атмосферное давление — на 60−65-х параллелях обоих полушарий и в экваториальной зоне. Экваториальная барическая депрессия устойчива в течение всех месяцев, располагаясь своей осевой частью в среднем около 4° с. ш.

В средних широтах северного полушария барическое поле разнообразно и изменчиво, так как здесь обширные материки чередуются с океанами. В южном полушарии с его более однородной водной поверхностью барическое поле меняется незначительно. От 35° ю. ш. к Антарктике давление быстро падает, и полоса низкого давления окружает Антарктиду.

В соответствии с барическим рельефом существуют следующие зоны ветров:

1) приэкваториальный пояс штилей. Ветры сравнительно редки (так как господствуют восходящие движения сильно нагретого воздуха), а когда бывают, то переменны и шквалисты;

2−3) зоны пассатов северного и южного полушарий;

4−5) области затишья в антициклонах субтропического пояса высокого давления; причина — господство нисходящих движений воздуха;

6−7) в средних широтах обоих полушарий — зоны преобладания западных ветров;

8−9) в околополярных пространствах ветры дуют от полюсов в сторону барических депрессий средних широт, т. е. здесь обычны ветры с восточной составляющей. [7, 152]

Действительная циркуляция атмосферы сложнее, чем это отражено в изложенной выше климатологической схеме. Помимо зонального типа циркуляции (перенос воздуха вдоль параллелей) есть и меридиональный тип — перенос воздушных масс из высоких широт в низкие и обратно. В ряде областей земного шара под влиянием температурных контрастов между сушей и морем и между северным и южным полушариями возникают муссоны — устойчивые воздушные течения сезонного характера, меняющие направление от зимы к лету на противоположное или близкое к противоположному. На так называемых фронтах (переходных зонах между различными воздушными массами) образуются и движутся циклоны и антициклоны. В средних широтах обоих полушарий циклоны зарождаются главным образом в полосе между 40-ми и 60-ми параллелями и устремляются на восток. Область тропических циклонов лежит между 10 и 20° северной и южной широты над наиболее нагретыми частями океанов; эти циклоны перемещаются в западном направлении. Те антициклоны, которые следуют за циклонами, подвижнее, чем более или менее стационарные антициклоны субтропического пояса высокого давления или зимние барические максимумы над материками.

Циркуляция воздуха в верхней тропосфере, тропопаузе и в стратосфере иная, чем в нижней тропосфере. Там большую роль играют струйные течения — узкие зоны сильных ветров (на оси струи 35−40, подчас до 60−80 и даже до 200 м/сек) мощностью 2−4 км, а в длину — десятки тысяч километров (иногда они опоясывают весь земной шар), идущие в общем с запада на восток на высоте 9−12 км (в стратосфере — 20−25 км). Известны струйные течения средних широт, субтропические (между 25 и 30° с. ш. на высоте 12−12,5 км), западное стратосферное на полярном круге (только зимой), восточное стратосферное в среднем вдоль 20° с. ш. (только летом). Современная авиация вынуждена весьма считаться со струйными течениями, которые либо заметно тормозят скорость самолета (встречные), либо увеличивают ее (попутные).

3.4 Климатические зоны Земли

Климат — это результат взаимодействия многих природных факторов, главные из которых — приход и расход лучистой энергии Солнца, атмосферная циркуляция, перераспределяющая тепло и влагу, и влагооборот, практически неотделимый от атмосферной циркуляции. Атмосферная циркуляция и влагооборот, порожденные распределением тепла на Земле, в свою очередь влияют на тепловые условия земного шара, а следовательно, и на все то, что прямо или косвенно ими управляется. Причины и следствия переплетены здесь настолько тесно, что все три фактора должно рассматривать как сложное единство.

Каждый из перечисленных факторов зависит от географического положения местности (широты, высоты над уровнем моря) и характера земной поверхности. Широта определяет величину притока солнечной радиации. С высотой меняются температура и давление воздуха, содержание в нем влаги, условия движения ветров. Особенности земной поверхности (океан, суша, теплые и холодные морские течения, растительный, почвенный, снежный и ледяной покров и т. п.) сильно сказываются на радиационном балансе и, стало быть, на циркуляции атмосферы и влагообороте. В частности, под мощным преобразующим влиянием подстилающей поверхности на воздушные массы формируются два основных типа климата: морской и континентальный.

Так как все факторы климатообразования, кроме рельефа и расположения суши и моря, имеют тенденцию к зональности, вполне естественно, что и климаты зональны.

Б.П. Алисов подразделяет земной шар на следующие климатические зоны (рис. 4):

1. Экваториальная зона. Преобладают слабые ветры. Различия в температуре и влажности воздуха между временами года очень невелики и меньше суточных. Средние месячные температуры от 25 до 28°. Осадков — 1000−3000 мм. Господствует жаркая влажная погода с частыми ливнями и грозами.

Субэкваториальные зоны. Характерна сезонная смена воздушных масс: летом муссон дует со стороны экватора, зимой — со стороны тропиков. Зима лишь немного прохладнее лета. При господстве летнего муссона устанавливается примерно такая же погода, как в экваториальной зоне. Внутри материков осадков редко более 1000−1500 мм, но на обращенных к муссону склонах гор количество осадков доходит до 6000−10 000 мм в год. Почти все они выпадают летом. Зима сухая, суточная амплитуда температуры по сравнению с экваториальной зоной увеличивается, погода стоит безоблачная.

Тропические зоны обоих полушарий. Преобладание пассатов. Погода преимущественно ясная. Зима теплая, но заметно холоднее лета. В тропических зонах можно выделить три типа климата: а) области устойчивых пассатов с прохладной, почти бездождной погодой, высокой влажностью воздуха, с развитыми на побережьях туманами и сильными бризами (западный берег Южной Америки между 5 и 20° с. ш., побережье Сахары, пустыня Намиб); б) пассатные области с проходящими дождями (Центральная Америка, Вест-Индия, Мадагаскар и др.); в) жаркие засушливые области (Сахара, Калахари, большая часть Австралии, север Аргентины, южная половина Аравийского полуострова).

Субтропические зоны. Отчетливый сезонный ход температуры, осадков и ветров. Возможно, но весьма редко выпадение снега. За исключением муссонных областей, летом преобладает антициклоническая погода, зимой — циклоническая деятельность. Типы климатов: а) средиземноморский с ясным и тихим летом и дождливой зимой (Средиземноморье, среднее Чили, Капская земля, юго-запад Австралии, Калифорния); б) муссонные области с жарким дождливым летом и относительно холодной и сухой зимой (Флорида, Уругвай, северный Китай); в) сухие области с жарким летом (южное побережье Австралии, Туркмения, Иран, Такла-Макан, Мексика, сухой запад США); г) равномерно увлажненные в течение года области (юго-восток Австралии, Тасмания, Новая Зеландия, средняя часть Аргентины).

Зоны умеренного климата. Над океанами во все сезоны — циклоническая деятельность. Частые осадки. Преобладание западных ветров. Сильные температурные различия между зимой и летом и между сушей и морем. Зимой выпадает снег. Главные типы климатов: а) зима с неустойчивой погодой и сильными ветрами, летом погода более спокойная (Великобритания, норвежское побережье, Алеутские острова, побережье залива Аляска); б) разные варианты материкового климата (внутренняя часть США, юг и юго-восток Европейской части России, Сибирь, Казахстан, Монголия); в) переходный от материкового к океаническому (Патагония, большая часть Европы и Европейской части России, Исландия); г) муссонные области (Дальний Восток, Охотское побережье, Сахалин, север Японии); д) области с влажным прохладным летом и холодной снежной зимой (Лабрадор, Камчатка).

Субполярные зоны. Большие температурные различия между зимой и летом. Вечная мерзлота.

Полярные зоны. Большие годовые и малые суточные колебания температуры. Осадков мало. Лето холодное и туманное. Типы климатов: а) с относительно теплой зимой (побережья моря Бофорта, Баффинова Земля, Северная Земля, Новая Земля, Шпицберген, Таймыр, Ямал, Антарктический полуостров); б) с холодной зимой (Канадский архипелаг, Новосибирские острова, побережья морей Восточносибирского и Лаптевых); в) с очень холодной зимой и температурой лета ниже 0° (Гренландия, Антарктида). [7, 161]

3.5 Зональность гидрологических процессов

Формы гидрологической зональности разнообразны. Зональность теплового режима вод в связи с общими особенностями распределения температуры по Земле очевидна. Зональными чертами обладает минерализация подземных вод и глубина их залегания — от ультрапресных и близких к дневной поверхности в тундре и экваториальных лесах до солоноватых и соленых вод глубокого залегания в пустынях и полупустынях.

Зонален коэффициент стока: в России в тундре он равен 0,75, в тайге — 0,65, в зоне смешанных лесов — 0,30, в лесостепи — 0,17, в степи и полупустынях — от 0,06 до 0,04.

Зональны соотношения между разными видами стока: в ледниковом поясе (выше снеговой линии) сток имеет форму движения ледников и лавин; в тундре преобладает почвенный сток (при временных водоносных горизонтах в пределах почвы) и поверхностный сток болотного типа (когда уровень грунтовых вод стоит выше поверхности); в лесной зоне господствует грунтовый сток, в степях и полупустынях — поверхностный (склоновый) сток, а в пустынях стока почти нет. На русловом стоке тоже лежит печать зональности, получившей отражение в водном режиме рек, зависящем от условий их питания. М. И. Львович отмечает следующие особенности.

В экваториальном поясе речной сток круглый год обильный (Амазонка, Конго, реки Малайского архипелага).

Летний сток по причине преобладания летних осадков характерен для тропического пояса, а в субтропиках — для восточных окраин материков (Ганг, Меконг, Янцзы, Замбези, Парана).

В умеренном поясе и на западных окраинах материков в субтропическом поясе выделяются четыре типа режима рек: в средиземноморской зоне — преобладание зимнего стока, так как максимум осадков здесь зимой; преобладание зимнего стока при равномерном распределении осадков в году, но при сильном испарении летом (Британские острова, Франция, Бельгия, Нидерланды, Дания); преобладание весеннего дождевого стока (восточная часть Западной и Южной Европы, большая часть США и др.); преобладание весеннего снегового стока (Восточная Европа, Западная и Средняя Сибирь, север США, юг Канады, юг Патагонии).

В бореально-субарктическом поясе летом снеговое питание, зимой иссякание стока в районах вечной мерзлоты (северные окраины Евразии и Северная Америка).

В высокоширотных поясах вода почти весь год находится в твердой фазе (Арктика, Антарктика).