Учение о современных природных зонах Земли

Современные природные условия на земной поверхности закономерно изменяются с географической широтой, что было подмечено еще в глубокой древности. Однако правильно объяснить причины этой важной закономерности, т. е. почему солнечное тепло неравномерно поступает, удалось лишь после того, как была доказана шарообразность, вращение Земли и ее движение вокруг Солнца. По мере расширения знаний о природе Земли учение о мировых широтных географических поясах к настоящему времени завоевало всеобщее признание.

В горных районах растительность расположена поясами.

Еще в конце XVIII в. ученик М. В. Ломоносова и один из первых русских академиков И. И. Лепехин наметил общую схему размещения по земной поверхности растительности и животного мира в зависимости от тепловых поясов, а в начале XIX в. знаменитый немецкий естествоиспытатель и путешественник А. Гумбольдт установил зональность и высотную поясность растительности в связи с изменением количества приходящего на Землю тепла. Почти через сто лет, в начале XX в., выдающийся русский ученый В. В. Докучаев показал, что зонально распространены не только климат и растительность, но и многие другие элементы природы, находящиеся в глубокой взаимосвязи с климатом. Эти представления, впоследствии развитые Л. С. Бергом, А. А. Григорьевым и многими другими учеными, легли в основу современного учения о географической зональности природы Земли.

Западное побережье Африки (тропическая зона).

Основная причина зональности природы заключается в шарообразности Земли, в сочетании с суточным вращением ее вокруг своей оси и годовым движением вокруг Солнца. Как известно, огромное количество лучистой энергии, образующейся в результате происходящих на Солнце ядерных реакций, непрерывно растекается во все стороны, но на удаленную от Солнца Землю приходится лишь очень небольшая ее доля, а именно около 1/2200 000 000.

Даже проходя через земную атмосферу и встречая на своем пути облака, пыль и водяные пары, солнечные лучи частично поглощаются или отражаются в мировое пространство. До земной поверхности доходит лишь около 40% солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы. Вместе с тем приходящая лучистая энергия Солнца дает земной поверхности свет, тепло и энергию почти для всех химических превращений земного вещества, совершающихся на земной поверхности. Большая часть из поглощенной здесь солнечной энергии превращается в тепловую и механическую энергию движения, и лишь сравнительно небольшая (около 0,8%) используется зелеными растениями для химических процессов превращения неорганических веществ в органические (фотосинтез). Количество поступающей солнечной энергии закономерно убывает от экватора к полюсам в зависимости от угла падения солнечных лучей и длины их пути через атмосферу. В этом же направлении изменяется и атмосферное тепло. Именно поэтому в природе земной поверхности и проявляется так называемая ярко выраженная географическая зональность.

Первоначально на поверхности Земли выделялось 5 тепловых поясов: один жаркий, расположенный по обе стороны от экватора между северным и южным тропическими кругами; два умеренных — между тропическими и полярными кругами и два холодных, располагающихся вокруг Северного и Южного полюсов.

Позднее, когда накопилось достаточно сведений о гемпературе земной поверхности в различных частях нашей планеты, число тепловых поясов увеличилось до 7, а за границы между ними начали принимать не астрономические тропические и полярные круги, а линии равных средних температур (изогерм). За границу жаркого пояса стали принимать среднюю годовую изотерму в 20°, с которой близко совпадает граница распространения пальм. Границами умеренных поясов с холодными стали считать изотерму самого теплого месяца в году +10°, с которой близко совпадает граница между лесом и тундрой.

Из холодных поясов выделили еще два пояса вечного мороза, границу между которыми проводили по изотерме самого теплого месяца в году 0°.

Пустыня.

В наше время, пользуясь данными о температуре и количестве поступающей солнечной энергии (радиации), выделяют 13 радиационно-тепловых поясов, которые обычно называют географическими: арктический, антарктический, субарктический, субантарктический, умеренные северный и южный, субтропические северный и южный, тропические северный и южный, субэкваториальные северный и южный, экваториальный. Радиационно-тепловые пояса, зависящие в основном от географической широты, хорошо прослеживаются как на суше, так и в океане.

Тайга в Восточной Сибири.

Поверхность Земли обладает различной отражающей способностью падающих на нее солнечных лучей (величиной альбедо). По этой причине различные части поверхности по-разному поглощают тепло и нагреваются. Больше всего солнечных лучей (от 80 до 97%) поглощает открытая водная поверхность океана, отражая в атмосферу всего от 20 до 3% падающей на нее радиации. Вода поглощает наибольшее количество поступающего от солнца тепла и очень медленно его отдает в мировое пространство. Между тем водная поверхность занимает около 3/4 всей поверхности Земли. Поэтому Мировой океан и является накопителем и главным источником тепла на Земле.

Леса умеренной зоны.

Однообразием физических свойств водной поверхности объясняется равномерность и малая величина колебаний температуры над океанами.

Поверхность суши, разнообразная по своим свойствам, поглощает различное количество солнечной энергии. Травы и листья деревьев в среднем поглощают от 70 до 80%, а свежевыпавший чистый снег всего от 2—3 до 10% всей поступающей энергии, все же остальное ее количество отражается в атмосферу и в мировое пространство. Много солнечных лучей отражают также и морские льды, покрытые снегом.

Некоторые ученые считают, что очень низкие температуры и малые запасы тепла в приполярных районах Арктики и Антарктики, покрытых круглый год льдами и снегом, зависят не столько от меньшего количества поступающего тепла, сколько от сильного отражения лучей поверхностью Земли в этих районах. За это говорит и то, что в приполярных широтах в течение летних месяцев в результате круглосуточного освещения и большой прозрачности воздуха годовое количество приходящей солнеч ной энергии лишь немного уступает умеренным ши ротам, а наибольшие величины прямой радиации, по наблюдениям в антарктической станции «Мирный», даже превышают величины прямой радиации Тбилиси и Ташкента.

Тем не менее приполярные районы оказывают сильное охлаждающее влияние на климат всего земного шара. Изучением этого влияния занимаются сейчас многие ученые различных стран.

Неравномерное нагревание земной поверхности приводит в движение воздушные и водные массы, стремящиеся выровнять температуру. Взаимосвязанные воздушные и морские течения переносят с места на место огромное количество тепла. Особенно большую роль в переносе (адвекции) тепла играют теплые и холодные морские течения, так как вода поглощает и накапливает тепла значительно больше, чем воздух. Поэтому более сильные отклонения от средних температур наблюдаются на морских побережьях. Так, например, на нашем Мурманском побережье, омываемом продолжением Гольфстрима — теплым Атлантическим течением, приходящим из тропических широт, несмотря на его северное положение (около 70° с. ш.), имеются незамерзающие круглый год гавани. Более подвижные воздушные течения вследствие малой теплоемкости воздуха переносят тепло на большие расстояния, но в меньшем количестве.

Карта зон земного шара

Общий облик природы любого участка поверхности суши, характер его почв, растительности, животного населения и прочее зависят не только от количества поступающего тепла, но и влаги: осадков, влажности воздуха, подтока поверхностных и грунтовых вод. Этим природа суши отличается от природы водоемов, где количество влаги постоянно и характер ее определяется другими условиями (температурой и прозрачностью воды, ее составом, соленостью и пр.).

Основной источник атмосферных осадков на суше — Мировой океан с его морями, в котором содержится более 98% всех вод земного шара. Испаряясь с поверхности океана, водяные пары воздушными течениями переносятся на материки, где выпадают в виде дождя и снега. Замыкая постоянный круговорот, вода возвращается в океан в виде рек, ручьев и подземных вод. Единовременно в воздухе содержится воды в 11 раз больше, чем в реках (около 13 тыс. км³). Количество осадков, выпадающих в разных районах суши, зависит от направления воздушных течений, от расстояния до источника увлажнения — океана, от рельефа земной поверхности и ряда других условий. Осадки выпадают преимущественно при движении воздуха из более нагретых в охлажденные участки, при подъеме теплого и влажного воздуха в более холодные слои атмосферы в циклонах и на подветренных склонах гор, при ветрах с моря.

Поэтому годовое количество атмосферных осадков распределяется значительно более сложно, чем солнечное тепло. Отсюда и природные ландшафты суши разнообразнее и картина их распределения сложнее широтных тепловых поясов. Можно, таким образом, сказать, что в пределах радиационно-тепловых поясов неодинаковое увлажнение ведет к формированию различных географических зон на земном шаре.

Однако не только количеством тепла и влаги определяются особенности природы отдельных участков земной поверхности, но и соотношением тепла и влаги. В каждом поясе, в соответствии с запасами тепла, может испариться определенное количество влаги. В тундровой зоне, где господствуют низкие температуры и испарение влаги невелико, даже небольшое количество выпадающих осадков не может полностью испариться и вода накапливается на поверхности, вызывая заболачивание местности. В жарких поясах выпадающие даже в большом количестве осадки испаряются полностью, а во многих местах этого пояса испаряются также запасы и грунтовых вод.

Субтропики.

Таким образом, природные условия на суше лишь в общих чертах изменяются с географической широтой и большая часть географических зон в отличие от радиационно-тепловых поясов не образует сплошных полос, опоясывающих весь земной шар. Они прерываются водными пространствами и отчетливо прослеживаются только на равнинах. В горах с высотой температура понижается, а количество осадков обычно увеличивается, обусловливая смену природных условий, т. е. так называемые вертикальные природные пояса.

Широтная географическая зональность наиболее четко выражена в тех частях материковых равнин, где количество выпадающих осадков постепенно изменяется вместе с поступлением тепла с севера на юг. Так, например, в арктическом и субарктическом поясах количество осадков и тепла постепенно уменьшается от умеренного пояса к полюсу. Поэтому границы арктических пустынь, тундр, лесотундры и северной тайги вытянуты здесь с запада на восток на всех материках. В умеренном же поясе, где господствующие западные воздушные течения приносят с океана на материк осадки и тепло, количество их убывает с запада на восток, широтная географическая зональность нарушается. На одних и тех же широтах, в зависимости от удаленности равнин материка от океана, служащего источником влаги и тепла, встречаются и влажные широколиственные леса, и степи, и пустыни. В тех же местах, где воздушные течения направлены с материка на океан (например, пассаты в северо-западной части Африки и в Южной Америке), тропические пустыни подходят вплотную к океаническому берегу.

В горных странах встречается особый тип растительности — альпийские луга.

Большое влияние на зональность оказывают и горные цепи, стоящие на пути воздушных течений. При переходе через горные хребты содержащиеся в воздухе осадки выпадают на подветренных склонах гор, а на другой склон хребта приходит сухой воздух. Вследствие этого Гималайские горы служат границей между влажными тропическими лесами Индии и пустынями Тибета и Центральной Азии, а Анды отделяют пустыню Южной Америки Атакаму от тропических лесов Аргентины и Боливии. В Северной Америке (между 50 и 40° с. ш.) Кордильеры преграждают путь воздушным течениям, несущим влагу с Тихого океана, поэтому к востоку от гор простираются пустыни и степи, постепенно сменяющиеся широколиственными, а далее хвойными лесами.

Границы между этими зонами из широтных превращаются в меридиональные. Таким образом, зональность, обусловленная космическими факторами, — одна из наиболее общих закономерностей в характере современной природы нашей планеты, В то же время конкретные проявления зональности на поверхности Земли зависят от земных причин, определяющих прежде всего соотношение тепла и влаги, свойственное той или другой части земной поверхности. Изучение взаимодействия космических и земных влияний на общий облик современной природы имеет большое научное и практическое значение.