Характеристика оболочек земли. Земные сферы

– прерывистая водная оболочка Земли , располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой и представляющая собой совокупность вод Мирового океана и поверхностных вод суши. Гидросферу называют еще водной оболочкой планеты . Гидросфера покрывает 70% земной поверхности. Около 96% массы гидросферы составляют воды Мирового Океана, 4% – подземные воды, около 2% – льды и снега (главным образом Антарктиды, Гренландии и Арктики), 0,4% – поверхностные воды суши (реки, озера, болота). Незначительное количество воды содержится в атмосфере и живых организмах. Все формы водных масс переходят одна в другую в результате круговорота воды в природе. Ежегодное количество осадков, выпадающих на земную поверхность, равно количеству воды, испарившейся в сумме с поверхности суши и океанов.

Материковые воды – часть прерывистой водной оболочки Земли гидросферы. К ним относятся: подземные воды, реки, озера, болота.

Подземные воды – воды, которые содержатся в верхней части земной коры (до глубины 12-15 км).

Источники – естественные выходы на земную поверхность подземных вод. Возможность нахождения вод в земной коре обусловливается пористостью горных пород. Водопроницаемые породы (галечник, гравий, пески) – те, которые хорошо пропускают воду. Водоупорные породы – тонкозернистые, слабо или совсем не пропускают воду (глины, граниты, базальты и др.).

Подземные воды образуются в результате просачивания и скопления атмосферных осадков на разной глубине от земной поверхности. Ближе к поверхности находятся почвенные воды, т. е. принимающие участие в образовании почв.

Грунтовые воды – воды над первым от поверхности водоупорным горизонтом. Грунтовые воды являются безнапорными. Уровень их поверхности может постоянно колебаться. В сухих зонах грунтовые воды лежат на большой глубине. В зонах избыточного увлажнения – близко к поверхности.

Межпластовые воды – воды, находящиеся между водонепроницаемыми пластами.

Артезианские воды – напорные межпластовые – занимают обычно впадины, куда просачиваются атмосферные осадки из районов, где верхний водоупорный пласт отсутствует.

По химическому составу подземные воды могут быть:

1) пресными;

2) минерализованными, многие из которых имеют лечебное значение.

Подземные воды, залегающие вблизи вулканических очагов, часто оказываются горячими. Горячие источники, которые периодически бьют в виде фонтана, – гейзеры .

Реки. Река – постоянный водный поток, текущий в разработанном им русле и питающийся главным образом атмосферными осадками.

Части реки : исток – место, где река берет свое начало. Истоком может быть родник, озеро, болото, ледник в горах; устье – место впадения реки в море, озеро или другую реку. Понижение в рельефе, тянущееся от истока до устья реки – речная долина . Углубление, в котором течет река постоянно, – русло . Пойма – плоское, затопляемое во время половодья дно речной долины. Над поймой обычно поднимаются склоны долины, часто ступенчатой формы. Эти ступени называются террасами (рис. 10). Они возникают в результате размывающей деятельности реки (эрозии), вызванной понижением базиса эрозии.

Речная система – река со всеми ее притоками. Название системы дается по названию главной реки.

Речная эрозия – углубление водотоком своего русла и расширение его в стороны. Базис эрозии – уровень, до которого река углубляет свою долину. Его высота определяется уровнем того водоема, куда впадает река. Конечным базисом эрозии всех рек является уровень Мирового океана. При понижении уровня водоема, в который впадает река, базис эрозии понижается и начинается усиленная эрозионная деятельность реки, вызывающая углубление русла.

Бассейн реки – территория, с которой река со всеми притоками собирает воду.

Водораздел – линия раздела бассейнов двух рек или океанов. Обычно водоразделами служат какие-либо возвышенные пространства.

Питание рек. Поступление воды в реки называется их питанием. В зависимости от источника поступающих вод различают реки с дождевым, снеговым, ледниковым, подземным, а при их сочетании – со смешанным питанием.

Роль того или иного источника питания зависит главным образом от климатических условий. Дождевое питание свойственно рекам экваториальных и большинства муссонных областей. В странах с холодным климатом главное значение приобретают талые снеговые воды (снеговое питание). В умеренных широтах питание рек, как правило, смешанное. Реки с ледниковым питанием берут начало в ледниках высокогорий. Соотношение между источниками питания рек может изменяться в течение года. Так, например, реки бассейна Оби могут зимой питаться подземными водами, весной – талыми снеговыми, летом – подземными и дождевыми.

От того, какое питание преобладает, в значительной мере зависит режим реки . Режим рек – закономерные изменения состояния рек во времени, обусловленные физикогеографическими свойствами бассейна и в первую очередь климатическими условиями. Режим рек проявляется в виде суточных, сезонных и многолетних колебаний уровня и расхода воды, ледовых явлений, температуры воды, количества переносимых потоком наносов и т. п. Элементами режима реки являются, например, межень – уровень воды в реке в сезон наиболее низкого ее стояния и половодье – продолжительный подъем воды в реке, вызываемый основным источником питания, повторяющийся из года в год. В зависимости от наличия гидротехнических сооружений на реках (например, ГЭС), влияющих на режим реки, различают зарегулированный и естественный режим рек.

Все реки земного шара распределены между бассейнами четырех океанов.

Значение рек:

1) источники пресной воды для промышленности, сельского хозяйства водоснабжения;

2) источники получения электроэнергии;

3) транспортные пути (в том числе сооружение судоходных каналов);

4) места ловли и разведения рыбы; отдыха и т. п.

На многих реках построены водохранилища – крупные искусственные водоемы. Положительные последствия их строительства: создают запасы воды, позволяют регулировать уровень воды в реке и предотвращают наводнения, улучшают транспортные условия и позволяют создавать зоны отдыха. Отрицательные последствия строительства водохранилищ на реках: затопление значительных территорий с плодородными пойменными землями, вокруг водохранилища происходит подъем грунтовых вод, что приводит к заболачиванию земель, нарушаются условия обитания рыбы, нарушается естественный процесс образования поймы и т. п. Строительству новых водохранилищ должны предшествовать тщательные научные разработки.

Озера – водоемы замедленного водообмена, размещенные в природных углублениях поверхности суши.

На размещение озер влияет климат, обусловливающий их питание и режим, а также факторы возникновения озерных котловин.

По происхождению озерные котловины могут быть:

1) тектоническими (образуются в разломах земной коры, обычно глубокие, и имеют берега с крутыми склонами – Байкал, крупнейшие озера Африки и Северной Америки);

2) вулканическими (в кратерах угасших вулканов – Кроноцкое озеро на Камчатке);

3) ледниковыми (характерны для территорий, подвергавшихся оледенениям, например, озера Кольского полуострова);

4) карстовыми (характерны для районов распространения растворимых горных пород – гипса, мела, известняка, возникают в местах провалов при растворении горных пород подземными водами);

5) запрудными (их также называют завальными; возникают в результате преграждения русла реки глыбами пород при обвалах в горах – Сарезское озеро на Памире);

6) озера-старицы (озеро на пойме или нижней надпойменной террасе – участок реки, отчленившийся от основного русла);

7) искусственными (водохранилища, пруды).

Озера питаются за счет атмосферных осадков, подземных вод и стекающих в них поверхностных вод. По водному режиму различают сточные и бессточные озера. Из сточных озер вытекает река (реки) – Байкал, Онежское, Онтарио, Виктория и др. Из бессточных озер не вытекает ни одна река – Каспийское, Мертвое, Чад и др. Бессточные озера, как правило, более минерализованы. В зависимости от степени солености воды озера бывают пресные и соленые.

По происхождению водной массы озера бывают двух типов:

1) озера, водная масса которых имеет атмосферное происхождение (такие озера преобладают по количеству);

2) реликтовые, или остаточные, – были когда-то частью Мирового океана (Каспийское озеро и др.)

Распространение озер зависит от климата, и следовательно географическое распространение озер в определенной степени носит зональный характер.

Озера имеют большое значение: оказывают влияние на климат прилегающей территории (влажность и тепловой режим), регулируют сток вытекающих из них рек. Хозяйственное значение озер: используются как пути сообщения (меньше, чем реки), для рыболовства и отдыха, водоснабжения. Со дна озер добывают соли, лечебную грязь.

Болота – избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью и имеющие слой торфа не меньше 0,3 м. Вода в болотах находится в связанном состоянии.

Болота образуются вследствие зарастания озер и заболачивания суши.

Низинные болота питаются грунтовыми или речными водами, относительно богатыми солями. Следовательно, там селится растительность, довольно требовательная к пищевым веществам (осока, хвощ, тростник, зеленый мох, береза, ольха).

Верховые болота питаются непосредственно атмосферными осадками. Располагаются на водоразделах. Для растительности характерен ограниченный видовой состав, т. к. не хватает минеральных солей (багульник, клюква, голубика, сфагновые мхи, сосна). Переходные болота занимают промежуточное положение. Им свойственны значительная обводненность и слабая проточность. Низинные и верховые болота – это две стадии естественного развития болот. Низинное болото через промежуточный этап переходного болота постепенно превращается в верховое.

Главной причиной образования огромных болот является чрезмерная влажность климата в сочетании с высоким уровнем грунтовых вод вследствие близкого залегания к поверхности водоупорных пород и равнинного рельефа.

Распространение болот зависит и от климата, значит, тоже в определенной степени зонально. Больше всего болот в лесной зоне умеренного пояса и в зоне тундры. Большое количество осадков, малая испаряемость и водопроницаемость грунтов, равнинность, слабая расчлененность междуречий способствуют заболачиванию.

Ледники – превращенная в лед вода атмосферного происхождения. Ледники постоянно движутся благодаря своей пластичности. Под действием силы тяжести скорость их движения достигает нескольких сотен метров в год. Движение замедляется или ускоряется в зависимости от количества осадков, потепления или похолодания климата, а в горах на движение ледников оказывают влияние тектонические подъемы.

Ледники образуются там, где в течение года выпадает больше снега, чем успевает растаять. В Антарктиде и Арктике такие условия создаются уже на уровне моря или чуть выше. В экваториальных и тропических широтах снег может накапливаться только на большой высоте (выше 4,5 км в экваториальных, 5-6 км в тропических). Поэтому высота снеговой линии там выше. Снеговая линия – граница, выше которой в горах сохраняется нетающий снег. Высота снеговой линии определяется температурой, которая связана с широтой местности и степенью континентальности ее климата, количеством твердых осадков.

Общая площадь ледников составляет 11% поверхности суши с объемом 30 млн км3. Если бы все ледники растаяли, уровень Мирового океана поднялся бы на 66 м.

Покровные ледники покрывают земную поверхность независимо от форм рельефа в виде ледяных шапок и щитов, под которыми скрыты все неровности рельефа. Движение льда в них происходит от центра купола к окраинам по радиальным направлениям. Лед этих покровов имеет огромную мощность и производит большую разрушительную работу на своем ложе: он переносит обломочный материал, превращая его в морены. Примерами покровных ледников являются льды Антарктиды и Гренландии. От края этих покровных ледников постоянно откалываются огромные глыбы льда – айсберги . Айсберги могут существовать до 4-10 лет, пока не растают. В 1912 г. от столкновения с айсбергом в Атлантическом океане затонул пароход «Титаник». Разрабатываются проекты транспортировки айсбергов для снабжения пресной водой засушливых районов мира.

Как у современных, так и у древних ледников из-под ледника широким фронтом вытекают талые ледниковые воды, откладывающие песчаные отложения.

Горные ледники значительно меньше покровных по размеру. В горных ледниках движение льдов происходит по уклону долины. Они текут подобно рекам и опускаются ниже снеговой границы. При своем движении эти ледники углубляют долины.

Ледники – водохранилища пресной воды, созданные природой. Реки, начинающиеся в ледниках, питаются их талыми водами. Особенно это важно для засушливых районов.

Многолетняя мерзлота. Под многолетней, или вечной, мерзлотой следует понимать толщи мерзлых горных пород, не оттаивающих в течение долгого времени – от нескольких лет до десятков и сотен тысяч лет. Вода в многолетних мерзлых породах находится в твердом состоянии, в виде ледяного цемента. Возникновение многолетней мерзлоты происходит в условиях очень низких температур зимы, малой высоты снежного покрова. Именно такие условия были в окраинных областях древних ледниковых покровов, а также в современных условиях в Сибири, где зимой мало снега и крайне низкие температуры. Причины распространения вечной мерзлоты могут объясняться как наследием ледникового периода, так и современными суровыми климатическими условиями. Вечная мерзлота нигде так широко не распространена, как в пределах России. Особо выделяется территория сплошной многолетней мерзлоты с мощностью слоя до 600-800 м. На этой территории самые низкие зимние температуры (например, устье Вилюя).

Многолетняя мерзлота оказывает влияние на формирование природно-территориальных комплексов. Она способствует развитию термокарстовых процессов, возникновению бугров пучения, наледей, влияет на величину и распределение по сезонам подземного и поверхностного стока, почвенно-растительного покрова. При разработке полезных ископаемых, эксплуатации подземных вод, постройке зданий, мостов, дорог, плотин, проведении сельскохозяйственных работ необходимо изучать мерзлые грунты.

Мировой океан – все водное пространство. Мировой океан занимает свыше 70% общей поверхности Земли. Соотношение между океаном и сушей в Северном и Южном полушариях разное. В Северном полушарии океан занимает 61% поверхности, в Южном – 81%.

Мировой океан делится на четыре океана – Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый.

В последнее время проводятся широкие исследования в Южном полушарии, особенно в Антарктике. В результате этих исследований ученые выдвинули идею выделения Южного океана как самостоятельной части Мирового океана. Южный океан, по их мнению, включает южные части Тихого, Атлантического, Индийского океанов, а также моря, окружающие Антарктиду.

Размеры океанов: Тихий – 180 млн км2; Атлантический – 93 млн км2; Индийский – 75 млн км2; Северный Ледовитый – 13 млн км2.

Границы океанов условны. Основанием для деления океанов служат самостоятельная система течений, распределение солености, температуры.

Средняя глубина Мирового океана – 3700 м. Наибольшая глубина – 11 022 м (Марианская впадина в Тихом океане).

Моря – части океанов, в большей или меньшей степени отделенные от него сушей, отличающиеся особым гидрологическим режимом. Различают моря внутренние и окраинные. Внутренние моря глубоко вдаются в глубь материка (Средиземное, Балтийское). Окраинные моря прилегают к материку обычно с одной стороны, а с другой – сравнительно свободно сообщаются с океаном (Баренцево, Охотское).

Заливы – более или менее значительные пространства океана или моря, которые врезаются в сушу и имеют широкую связь с океаном. Небольшие заливы называются бухтами. Глубокие, извилистые, длинные заливы с обрывистыми берегами – фьорды .

Проливы – более или менее узкие водные пространства, которые соединяют два соседних океана или моря.

Рельеф дна Мирового океана. Рельеф Мирового океана имеет следующее строение (рис. 11). 3/4 площади Мирового океана занимают глубины от 3000 до 6000 м, т. е. эта часть океана принадлежит к его ложу.

Соленость воды Мирового океана. В океанической воде концентрируются разные соли: хлористого натрия (придает воде соленый вкус) – 78% всего количества солей, хлористого магния (придает воде горький вкус) – 11%, другие вещества. Соленость морской воды вычисляется в промилле (в соотношении определенного количества вещества к 1000 весовым единицам), обозначается ‰. Соленость океана неодинакова, она изменяется от 32‰ до 38‰. Степень солености зависит от количества осадков, испарения, а также опреснения водами рек, впадающих в море. Соленость изменяется также с глубиной. До глубины 1500 м соленость несколько уменьшается по сравнению с поверхностью. Глубже изменения солености воды незначительны, она почти везде составляет 35‰. Минимальная соленость – 5‰ – в Балтийском море, максимальная – до 41‰ – в Красном море.

Таким образом, соленость воды зависит:

1) от соотношения атмосферных осадков и испарения, которое изменяется в зависимости от географической широты (т. к. изменяется температура, давление); меньше соленость может быть там, где количество осадков превышает испарение, где велик приток речных вод, где тают льды;

2) от глубины.

Максимальная соленость Красного моря объясняется тем, что там проходит рифтовая зона. На дне наблюдаются излившиеся молодые базальтовые лавы, образование которых свидетельствует о подъеме вещества из мантии и раздвижении земной коры в Красном море. Кроме этого, Красное море находится в тропических широтах – большое испарение и малое количество осадков, в него не впадают реки.

В океанической воде растворены также газы: азот, кислород, углекислый газ и др.

Морские (океанические) течения. Морские течения – горизонтальное перемещение водных масс в определенном направлении. Течения можно классифицировать по многим признакам. По сравнению с температурой окружающей воды океана выделяют теплые, холодные и нейтральные течения. В зависимости от времени существования выделяют кратковременные или эпизодические, периодические (сезонные муссонные в Индийском океане, приливно-отливные в прибрежных частях океанов) и постоянные течения. В зависимости от глубины выделяют поверхностные (охватывают слой воды на поверхности), глубинные и придонные течения.

Морские массы воды перемещаются вследствие разных причин. Основная причина морских течений – ветер, однако движение воды может вызываться скоплением воды в какой-либо части океана, а также разницей в плотности воды в разных частях океана и другими причинами. Поэтому течения по своему происхождению бывают:

1) дрейфовые – вызываются постоянными ветрами (Северное и Южное пассатные, течение Западных Ветров);

2) ветровые – вызываются действием сезонных ветров (летние муссонные в Индийском океане);

3) сточные – образуются вследствие разницы уровня воды в разных частях океана, текут из районов избытка воды (Гольфстрим, Бразильское, Восточно-Австралийское);

4) компенсационные – возмещают (компенсируют) отток воды из разных частей океана (Калифорнийское, Перуанское, Бенгельское);

5) плотностные (конвекционные) – образуются вследствие неравномерного распределения плотности океанической воды из-за разной температуры и солености (Гибралтарское течение);

6) приливно-отливные периодические течения – образуются в связи с притяжением Луны.

Как правило, морские течения существуют благодаря сочетанию нескольких причин.

Течения оказывают большое влияние на климат, особенно прибрежных территорий, проходя вдоль западного или восточного берега материков.

Течения, проходящие вдоль восточных побережий (сточные), переносят воду из более теплых приэкваториальных широт в более прохладные. Воздух над ними теплый, насыщенный влагой. При продвижении к северу или югу от экватора воздух охлаждается, приближается к насыщению и, следовательно, дает осадки на побережье, смягчая при этом температуру.

Течения , проходящие вдоль западных побережий материков (компенсационные), идут из более холодных в более теплые широты, воздух нагревается, удаляется от насыщения, осадков не дает. Это одна из главных причин формирования пустынь на западных побережьях материков.

Течение Западных Ветров ярко выражено лишь в Южном полушарии.

Это объясняется тем, что там в умеренных широтах почти нет суши, водные массы свободно перемещаются под воздействием западных ветров умеренных широт. В Северном полушарии развитию аналогичного течения препятствуют материки.

Направление течений определяется общей циркуляцией атмосферы, отклоняющей силой вращения Земли вокруг оси, рельефом океанского дна, очертаниями материков.

Температура поверхностных вод. Вода океана нагревается от притока солнечного тепла на его поверхность. Температура поверхностных вод зависит от широты места. В отдельных районах океана это распределение нарушается неравномерным размещением суши, океаническими течениями, постоянными ветрами, стоком вод с материков. Температура изменяется, естественно, и с глубиной. Причем вначале температура понижается очень быстро, а затем довольно медленно. Среднегодовая температура поверхностных вод Мирового океана +17,5 °С. На глубине 3-4 тыс. м она обычно держится в пределах от +2 до 0 °С.

Лед в Мировом океане. Температура замерзания соленой океанической воды на 1-2 °С ниже, чем у пресной. Воды Мирового океана покрываются льдом только в арктических и антарктических широтах, где зима долгая и холодная. Льдом покрываются также некоторые неглубокие моря, лежащие в умеренном поясе.

Различают однолетние и многолетние льды. Океанический лед может быть неподвижным (связанным с сушей) или плавучим (дрейфующие льды). В Северном Ледовитом океане лед дрейфует и держится круглый год.

Кроме льда, образующегося в самом океане, встречаются льды, отколовшиеся от ледников, спускающихся в океан с арктических островов и ледяного материка Антарктида. Образуются айсберги – ледяные горы, плавающие в море. Айсберги достигают в длину 2 км и более при высоте свыше 100 м. Особенно велики айсберги Южного полушария.

Значение Мирового океана. Океан смягчает климат всей планеты . Океан служит аккумулятором тепла. Общая циркуляция атмосферы и общая циркуляция океана взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Хозяйственное значение океана огромно. Богатство органического мира океана делят на бентос – органический мир океанического дна, планктон – все организмы, пассивно плавающие в толще океанических вод, нектон – активно плавающие организмы на дне океана. На долю рыб приходится до 90% всех органических ресурсов океана.

Велико транспортное значение Мирового океана.

Океан богат энергетическими ресурсами. Действует приливная электростанция на побережье Франции. В шельфовых зонах океана ведется добыча нефти и газа. На дне океана сосредоточены огромные запасы железомарганцевых конкреций. В морской воде растворены почти все химические элементы. Добыча соли, брома, йода и урана идет в промышленных размерах.

Суша в океане: острова – сравнительно небольшие участки суши, со всех сторон окруженные водой.

Острова по происхождению делятся на:

1) материковые (части материка, отделенные морем) – Мадагаскар, Британские острова);

2) вулканические (возникают при извержении вулканов на дне моря; выбрасываемые продукты извержения образуют конусы с крутыми склонами, которые возвышаются над уровнем океана);

3) коралловые (связаны с морскими организмами – коралловыми полипами; скелетики отмерших полипов образуют огромные скалы плотного известняка, сверху они все время надстраиваются полипами). У побережий образуются коралловые рифы – подводные или слабо выдающиеся над уровнем моря известковые скалы. Коралловые острова, не связанные с берегом материка, часто имеют форму кольца с лагуной посередине и называются атоллами. Коралловые острова образуются только в тропических широтах, где вода достаточно теплая для жизни полипов.

Самый крупный остров – Гренландия, затем следуют Новая Гвинея, Калимантан, Мадагаскар. В одних местах островов мало, в других они образуют скопления – архипелаги.

Полуострова – части суши, выдающиеся в море или озеро. По происхождению различают полуострова:

1) отчленившиеся, служащие продолжением материка в геологическом отношении (например, Балканский полуостров);

2) причленившиеся, не имеющие ничего общего с материком в геологическом смысле (Индостан).

Самые большие полуострова: Кольский, Скандинавский, Пиренейский, Сомали, Аравийский, Малая Азия, Индостан, Корея, Индокитай, Камчатка, Чукотский, Лабрадор и др.

Атмосфера

Атмосфера – воздушная оболочка, окружающая земной шар, связанная с ним силой тяжести и принимающая участие в его суточном и годовом вращении.

Атмосферный воздух состоит из механической смеси газов, водяного пара и примесей. Состав воздуха до высоты 100 км – 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов: водорода, гелия, водяного пара, озона. Газы, составляющие воздух, все время перемешиваются. Процентное соотношение количества газов довольно постоянно. Однако содержание углекислого газа изменяется. Сжигание нефти, газа, угля, уменьшение количества лесов приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Это вносит свой вклад в повышение температуры воздуха на Земле, т. к. углекислый газ пропускает солнечную энергию к Земле, а тепловое излучение Земли задерживает. Таким образом, углекислый газ является своеобразным «утеплителем» Земли.

Озона в атмосфере мало. На высоте 25-35 км наблюдается концентрация этого газа, так называемый озоновый экран (слой озона). Озоновый экран выполняет важнейшую функцию защиты – задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всего живого на Земле.

Атмосферная вода находится в воздухе в виде водяного пара или взвешенных продуктов конденсации (капель, ледяных кристаллов).

Атмосферные примеси (аэрозоли) – жидкие и твердые частички, находящиеся преимущественно в нижних слоях атмосферы: пыль, вулканический пепел, сажа, кристаллики льда и морской соли и т. п. Количество атмосферных примесей в воздухе увеличивается во время сильных лесных пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов. Подстилающая поверхность также влияет на количество и качество находящихся в воздухе атмосферных примесей. Так, над пустынями много пыли, над городами много мелких твердых частиц, сажи.

Наличие примесей в воздухе связано с содержанием в нем водяного пара, т. к. пыль, кристаллики льда и другие частички служат ядрами, вокруг которых конденсируется водяной пар. Как и углекислый газ, водяной пар атмосферы служит «утеплителем» Земли: он задерживает излучение с земной поверхности.

Масса атмосферы составляет одну миллионную долю массы земного шара.

Строение атмосферы. Атмосфера имеет слоистое строение. Слои атмосферы выделяются на основе изменения температуры воздуха с высотой и по другим физическим свойствам (таблица 1)

Таблица 1. Строение атмосферы и верхней границ Изменение температуры Сфера атмосферы Высота нижней в зависимости от высоты

Тропосфера – нижняя оболочка атмосферы, содержащая 80% воздуха и почти весь водяной пар. Толщина тропосферы неодинакова. У тропических широт – 16-18 км, в умеренных широтах – 10-12 км, а в полярных – 8-10 км. Везде в тропосфере температура воздуха понижается на 0,6 °С на каждые 100 м подъема (или 6 °С на 1 км). Для тропосферы характерны вертикальные (конвекция) и горизонтальные (ветер) перемещения воздуха. В тропосфере формируются все типы воздушных масс, возникают циклоны и антициклоны, образуются облака, осадки, туманы. Погода формируется в основном в тропосфере. Поэтому изучение тропосферы имеет особое значение. Нижний слой тропосферы, который называется приземным слоем , отличается большой запыленностью и содержанием летучих микроорганизмов.

Переходный слой от тропосферы к стратосфере называется тропопаузой . В нем резко увеличивается разреженность воздуха, температура его понижается до –60 °С над полюсами до –80 °С над тропиками. Более низкая температура воздуха над тропиками объясняется мощными восходящими токами воздуха и более высоким положением тропосферы.

Стратосфера – слой атмосферы между тропосферой и мезосферой. Газовый состав воздуха сходен с тропосферой, однако содержит гораздо меньше водяного пара и больше озона. На высоте от 25 до 35 км наблюдается наибольшая концентрация этого газа (озоновый экран). До высоты 25 км температура мало изменяется с высотой, а выше начинает расти. Температура изменяется в зависимости от широты и времени года. В стратосфере наблюдаются перламутровые облака, для нее характерны большие скорости ветра и струйные течения воздуха.

Для верхних слоев атмосферы характерны полярные сияния и магнитные бури. Экзосфера – внешняя сфера, из которой легкие атмосферные газы (например, водород, гелий) могут истекать в космическое пространство. Резкой верхней границы атмосфера не имеет и постепенно переходит в космическое пространство.

Наличие атмосферы имеет большое значение для Земли. Она препятствует чрезмерному нагреванию земной поверхности днем и охлаждению ночью; защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца. В плотных слоях атмосферы сгорает значительная часть метеоритов.

Взаимодействуя со всеми оболочками Земли, атмосфера участвует в перераспределении влаги и тепла на планете. Она является условием существования органической жизни.

Солнечная радиация и температура воздуха. Воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, которая, в свою очередь, нагревается Солнцем. Вся совокупность солнечного излучения называется солнечной радиацией . Основная часть солнечной радиации рассеивается в Мировом пространстве, на Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть солнечной радиации. Радиация бывает прямой и рассеянной. Солнечная радиация, которая доходит до поверхности Земли в виде прямых солнечных лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день, называется прямой радиацией . Солнечная радиация, претерпевшая рассеяние в атмосфере и поступающая к поверхности Земли от всего небесного свода, называется рассеянной радиацией . Рассеянная солнечная радиация играет существенную роль в энергетическом балансе Земли, являясь в пасмурную погоду, особенно в высоких широтах, единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называют суммарной радиацией .

Количество радиации зависит от продолжительности освещения поверхности солнечными лучами и угла их падения. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем меньше солнечной радиации получает поверхность и, следовательно, меньше нагревается воздух над ней.

Таким образом, количество солнечной радиации уменьшается при движении от экватора к полюсам, т. к. при этом уменьшается угол падения солнечных лучей и продолжительность освещения территории в зимнее время.

На количество солнечной радиации влияет также облачность и прозрачность атмосферы.

Наибольшая суммарная радиация существует в тропических пустынях. У полюсов в день солнцестояний (у Северного – 22 июня, у Южного – 22 декабря) при незаходящем Солнце суммарная солнечная радиация больше, чем на экваторе. Но из-за того, что белая поверхность снега и льда отражает до 90% солнечных лучей, количество тепла незначительное, и поверхность земли не нагревается.

Суммарная солнечная радиация, поступающая к поверхности Земли, частично отражается ею. Радиация, отраженная от поверхности земли, воды или облаков, на которую она падает, называется отраженной. Но все же большая часть радиации поглощается земной поверхностью и превращается в тепло.

Поскольку воздух нагревается от поверхности земли, то его температура зависит не только от факторов, перечисленных выше, но и от высоты над уровнем океана: чем выше расположена местность, тем температура ниже (понижается на 6 °С с каждым километром в тропосфере).

Влияет на температуру и распределение суши и воды, которые нагреваются неодинаково. Суша быстро нагревается и быстро остывает, вода нагревается медленно, но дольше сохраняет тепло. Таким образом, воздух над сушей днем теплее, чем над водой, а ночью холоднее. Это влияние сказывается не только в суточных, но и в сезонных особенностях изменения температуры воздуха. Так, на прибрежных территориях при других одинаковых условиях лето прохладнее, а зима теплее.

Вследствие нагревания и охлаждения поверхности Земли днем и ночью, в теплый и холодный сезоны температура воздуха меняется на протяжении суток и года. Наиболее высокие температуры приземного слоя наблюдаются в пустынных районах Земли – в Ливии около города Триполи +58 °С, в Долине Смерти (США), в Термезе (Туркмения) – до +55 °С. Самые низкие – во внутренних районах Антарктиды – до –89 °С. В 1983 г. на станции «Восток» в Антарктиде было зарегистрировано –83,6 °С – минимальная температура воздуха на планете.

Температура воздуха – широко употребляемая и хорошо изученная характеристика погоды.. Температуру воздуха измеряют 3-8 раз в сутки, определяя среднесуточную; по среднесуточным определяют среднемесячную, по среднемесячным – среднегодовую. На картах распределение температур изображают изотермами . Обычно используются показатели температур июля, января и годовые.

Атмосферное давление. Воздух, как и любое тело, имеет массу: 1 л воздуха на уровне моря имеет массу около 1,3 г. На каждый квадратный сантиметр земной поверхности атмосфера давит силой 1 кг. Это среднее давление воздуха над уровнем океана у широты 45° при температуре 0 °С отвечает весу ртутного столбика высотой 760 мм и сечением 1 см2 (или 1013 мб.). Это давление принимают за нормальное давление.

Атмосферное давление – сила, с которой атмосфера давит на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Давление определяется в каждой точке атмосферы массой вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, т. к. чем выше расположена точка, тем меньше над ней высота воздушного столба. С поднятием вверх воздух разрежается и его давление уменьшается. В высоких горах давление значительно меньше, чем на уровне моря. Эту закономерность используют при определении абсолютной высоты местности по величине давления.

Барическая ступень – расстояние по вертикали, на котором атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст. В нижних слоях тропосферы до высоты 1 км давление уменьшается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты. Чем выше, тем давление понижается медленнее.

В горизонтальном направлении у земной поверхности давление изменяется неравномерно, в зависимости от времени.

Барический градиент – показатель, характеризующий изменение атмосферного давления над земной поверхностью на единицу расстояния и по горизонтали.

Величина давления, кроме высоты местности над уровнем моря, зависит от температуры воздуха. Давление теплого воздуха меньше, чем холодного, т. к. вследствие нагревания он расширяется, а при охлаждении – сжимается. С изменением температуры воздуха изменяется его давление.

Поскольку изменение температуры воздуха на земном шаре зонально, зональность характерна и для распределения атмосферного давления на земной поверхности. Вдоль экватора протягивается пояс пониженного давления, на 30-40° широтах к северу и югу – пояса повышенного давления, на 60-70° широтах давление снова пониженное, а в полярных широтах – области повышенного давления. Распределение поясов повышенного и пониженного давления связано с особенностями нагревания и движения воздуха у поверхности Земли. В экваториальных широтах воздух в течение всего года хорошо нагревается, поднимается вверх и растекается в сторону тропических широт. Подходя к 30-40° широтам, воздух охлаждается и опускается вниз, создавая пояс повышенного давления. В полярных широтах холодный воздух создает области повышенного давления. Холодный воздух постоянно опускается вниз, а на его место приходит воздух из умеренных широт. Отток воздуха в полярные широты – причина того, что в умеренных широтах создается пояс пониженного давления.

Пояса давления существуют постоянно. Они лишь несколько смещаются к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). Исключение составляет пояс пониженного давления Северного полушария. Он существует только летом. Причем над Азией формируется огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах – Азиатский минимум. Его формирование объясняется тем, что над огромным массивом суши воздух сильно прогревается. Зимой же суша, которая занимает значительные площади в этих широтах, сильно выхолаживается, давление над ней увеличивается, и над материками формируются области повышенного давления – Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский) зимние максимумы атмосферного давления. Таким образом, зимой пояс пониженного давления в умеренных широтах Северного полушария «разрывается». Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления – Алеутского и Исландского минимумов.

Влияние распределения суши и воды на закономерности изменения атмосферного давления выражается также в том, что в течение всего года барические максимумы существуют только над океанами: Азорский (Северо-Атлантический), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский, Южно-Индийский.

Атмосферное давление непрерывно изменяется. Главная причина изменения давления – изменение температуры воздуха.

Давление атмосферы измеряется при помощи барометров . Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой тонкостенной коробки, внутри которой воздух разрежен. При изменении давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по шкале, градуированной в миллибарах или миллиметрах.

На картах распределение давления по Земле показывают изобарами . Чаще всего на картах указывают распределение изобар января и июля.

Распределение областей и поясов атмосферного давления существенно влияет на воздушные течения, погоду и климат.

Ветер – горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Он возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и его движение направлено от областей с более высоким давлением к областям, где давление ниже. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует (северный ветер дует с севера на юг). Скорость ветра измеряется в метрах в секунду. С высотой направление и сила ветра изменяются из-за убывания силы трения, а также в связи с изменением барических градиентов. Итак, причина возникновения ветра – разница в давлении между различными территориями, а причина разности давления – разница в нагревании. На ветры действует отклоняющая сила вращения Земли. Ветры разнообразны по происхождению, характеру, значению. Основными ветрами являются бризы, муссоны, пассаты.

Бриз – местный ветер (морских побережий, больших озер, водохранилищ и рек), который меняет свое направление дважды в сутки: днем он дует со стороны водоема на сушу, а ночью – с суши на водоем. Бризы возникают оттого, что днем суша нагревается больше, чем вода, отчего более нагретый и легкий воздух над сушей поднимается вверх и на его место поступает более холодный воздух со стороны водоема. Ночью же над водоемом воздух теплее (т. к. медленнее остывает), поэтому он поднимается вверх, а на его место передвигаются массы воздуха с суши – более тяжелые, прохладные (рис. 12). Другими видами местных ветров являются фен, бора и др.

Пассаты – постоянные ветры в тропических областях Северного и Южного полушарий, дующие из поясов высокого давления (25-35° с. и ю. ш.) к экватору (в пояс пониженного давления). Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют с северо-востока на юго-запад, в Южном – с юго-востока на северо-запад. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и скорости движения. Пассаты оказывают большое влияние на климат территорий, находящихся под их воздействием. Особенно это выражается в распределении осадков.

Муссоны – ветры, которые в зависимости от сезонов года меняют направление на противоположное или близкое к нему. В холодное время года дуют с материка на океан, а в теплое – с океана на материк.

Муссоны образуются вследствие разницы в давлении воздуха, возникающей от неравномерного нагревания суши и моря. Зимой воздух над сушей холоднее, над океаном – теплее. Следовательно, давление выше над материком, ниже – над океаном. Поэтому зимой воздух перемещается с материка (области более высокого давления) на океан (над которым давление ниже). В теплое время года – наоборот: муссоны дуют с океана на материк. Поэтому в областях распространения муссонов осадки выпадают, как правило, летом.

Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном – влево от своего первоначального направления.

Муссоны являются важной составной частью общей циркуляции атмосферы. Различают внетропические и тропические (экваториальные) муссоны. В России внетропические муссоны действуют на территории Дальневосточного побережья. Тропические муссоны проявляются сильнее, они наиболее характерны для Южной и Юго-Восточной Азии, где в отдельные годы в течение влажного сезона выпадает несколько тысяч мм осадков. Их формирование объясняется тем, что экваториальный пояс низкого давления несколько смещается к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). В июле он располагается на 15-20° с. ш. Поэтому юго-восточный пассат Южного полушария, устремляясь к этому поясу пониженного давления, пересекает экватор. Под воздействием отклоняющей силы вращения Земли (вокруг своей оси) в Северном полушарии он изменяет свое направление и становится юго-западным. Это и есть летний экваториальный муссон, который выносит морские воздушные массы экваториального воздуха до широты 20-28°. Встречая на своем пути горы Гималаи, влажный воздух оставляет на их южных склонах значительное количество осадков. На станции Черапунджа в Северной Индии средняя годовая сумма осадков превышает 10 000 мм в год, а в отдельные годы и больше.

От поясов высокого давления ветры дуют и в направлении к полюсам, но, отклоняясь на восток, они меняют свое направление на западное. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры, хотя они и не настолько постоянны, как пассаты.

Преобладающими ветрами полярных областей являются северо-восточные ветры в Северном полушарии и юговосточные в Южном.

Циклоны и антициклоны. Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности и отклоняющей силы вращения Земли образуются огромные (до нескольких тысяч километров в диаметре) атмосферные вихри – циклоны и антициклоны (рис. 13).

Циклон – восходящий вихрь в атмосфере с замкнутой областью пониженного давления, в которой ветры дуют от периферии к центру (в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном – по часовой). Средняя скорость движения циклона 35-50 км/ч, а иногда до 100 км/ч. В циклоне воздух поднимается вверх, что влияет на погоду. С возникновением циклона погода достаточно резко изменяется: усиливаются ветры, быстро конденсируются водяные пары, порождая мощную облачность, выпадают осадки.

Антициклон – нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой ветры дуют от центра к периферии (в Северном полушарии – по ходу часовой стрелки, в Южном – против). Скорость движения антициклонов 30-40 км/ч, но они могут долго задерживаться на одном месте, особенно на материках. В антициклоне воздух опускается вниз, становясь более сухим при прогревании, т. к. заключенные в нем пары удаляются от насыщения. Это, как правило, исключает образование облаков в центральной части антициклона. Поэтому при антициклоне погода ясная, солнечная, без осадков. Зимой – морозная, летом – жаркая.

Водяной пар в атмосфере. В атмосфере всегда имеется некоторое количество влаги в виде водяного пара, испарившегося с поверхности океанов, озер, рек, почвы и т. д. Испарение зависит от температуры воздуха, ветра (даже слабый ветер увеличивает испарение раза в 3, т. к. все время уносит насыщенный водяными парами воздух и приносит новые порции сухого), характера рельефа, растительного покрова, цвета почвы.

Различают испаряемость – количество воды, которое могло бы испариться при данных условиях в единицу времени, и испарение – действительно испарившееся количество воды.

В пустыне испаряемость велика, а испарение незначительно.

Насыщение воздуха . При каждой конкретной температуре воздух может принимать водяные пары до известного предела (до насыщения). Чем выше температура, тем большее количество воды может содержать воздух. Если охлаждать ненасыщенный воздух, он постепенно будет приближаться к точке насыщения. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит к насыщению, называется точкой росы. Если насыщенный воздух охлаждать дальше, то в нем начнется сгущение избыточных водяных паров. Влага начнет конденсироваться, образуются облака, затем выпадают осадки. Следовательно, для характеристики погоды необходимо знать относительную влажность воздуха – процентное соотношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к тому количеству, которое он может содержать при насыщении.

Абсолютная влажность – количество водяного пара в граммах, находящегося в данный момент в 1 м3 воздуха.

Атмосферные осадки и их образование. Атмосферные осадки – вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая с облаков. Облаками называются скопления взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара – капелек воды или кристалликов льда. В зависимости от сочетания температуры и степени увлажнения образуются капельки или кристаллики разной формы и величины. Мелкие капельки плавают в воздухе, более крупные начинают падать в виде мороси (измороси) или мелкого дождя. При низких температурах образуются снежинки.

Схема образования осадков такова: воздух охлаждается (чаще при подъеме вверх), приближается к насыщению, водяные пары конденсируются, образуются осадки.

Измерение количества осадков происходит с помощью дождемера – металлического ведра цилиндрической формы высотой 40 см и площадью сечения 500 см2. Все измерения количества осадков суммируются за каждый месяц, и выводят месячное, а затем годовое количество осадков.

Количество осадков на территории зависит от:

1) температуры воздуха (влияет на испарение и влагоемкость воздуха);

2) морских течений (над поверхностью теплых течений воздух нагревается и насыщается влагой; когда он переносится в соседние, более холодные области, из него легко выделяются осадки. Над холодными течениями происходит противоположный процесс: испарение над ними небольшое; когда малонасыщенный влагой воздух поступает на более теплую подстилающую поверхность, он расширяется, насыщенность его влагой уменьшается, и осадки в нем не образуются);

3) циркуляции атмосферы (там, где воздух перемещается с моря на сушу, осадков больше);

4) высоты места и направления горных хребтов (горы принуждают насыщеные влагой воздушные массы подниматься вверх, где вследствие охлаждения происходит конденсация водяного пара и образование осадков; на наветренных склонах гор осадков больше).

Выпадение осадков неравномерно. Оно подчиняется закону зональности, т. е. изменяется от экватора к полюсам.

В тропических и умеренных широтах количество осадков значительно изменяется при движении от побережий в глубь материков, что зависит от многих факторов (циркуляции атмосферы, наличия океанических течений, рельефа и т. п.).

Выпадение осадков на большей территории земного шара происходит неравномерно в течение года. Возле экватора в течение года количество осадков изменятся незначительно, в субэкваторальных широтах выделяют сухой сезон (до 8 месяцев), связанный с действием тропических воздушных масс, и дождевой (до 4 месяцев) сезон, связанный с приходом экваториальных воздушных масс. При движении от экватора к тропикам продолжительность сухого сезона возрастает, а дождевого – уменьшается. В субтропических широтах преобладают зимние осадки (их приносят умеренные воздушные массы). В умеренных широтах осадки выпадают в течение всего года, но во внутренних частях материков большее количество осадков выпадает в теплое время года. В полярных широтах также преобладают летние осадки.

Погода – физическое состояние нижнего слоя атмосферы в определенной местности в данный момент или за определенный отрезок времени.

Характеристики погоды – температура и влажность воздуха, атмосферное давление, облачность и осадки, ветер.

Погода – чрезвычайно изменчивый элемент природных условий, подчиняющийся суточным и годовым ритмам. Суточный ритм обусловлен нагреванием земной поверхности солнечными лучами днем и ночным охлаждением. Годовой ритм определяется изменением угла падения солнечных лучей в течение года.

Погода имеет большое значение в хозяйственной деятельности человека. Изучение погоды ведется на метеорологических станциях с помощью разнообразных приборов. По сведениям, полученным на метеостанциях, составляют синоптические карты. Синоптическая карта – карта погоды, на которую наносят условными знаками фронты атмосферы и данные о погоде на определенный момент (давление воздуха, температура, направление и скорость ветра, облачность, положение теплых и холодных фронтов, циклонов и антициклонов, характер осадков). Синоптические карты составляют несколько раз в сутки, сравнение их позволяет определить пути перемещения циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов.

Атмосферный фронт – зона раздела различных по свойствам воздушных масс в тропосфере. Возникает при сближении и встрече масс холодного и теплого воздуха. Его ширина достигает нескольких десятков километров при высоте в сотни метров и протяжении иногда в тысячи километров при небольшом уклоне к поверхности Земли. Атмосферный фронт, проходя по определенной территории, резко изменяет погоду. Среди атмосферных фронтов различают теплый и холодный фронты (рис. 14)

Теплый фронт образуется при активном движении теплого воздуха в сторону холодного. Тогда теплый воздух натекает на отступающий клин холодного и поднимается по плоскости раздела. При подъеме он охлаждается. Это приводит к конденсации водяного пара, возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков и выпадению осадков. С приходом теплого фронта атмосферное давление понижается, с ним, как правило, связано потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.

Холодный фронт образуется при перемещении холодного воздуха в сторону теплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под теплый и подталкивает его вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, из которых выпадают осадки в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связано похолодание, усиление ветра и увеличение прозрачности воздуха.

Большое значение имеют прогнозы погоды. Прогнозы погоды делают на разное время. Обычно погоду предсказывают на 24-48 ч. Составление долгосрочных прогнозов погоды связано с большими трудностями.

Климат – характерный для данной местности многолетний режим погоды. Климат влияет на формирование почвы, растительности, животного мира; определяет режим рек, озер, болот, оказывает влияние на жизнь морей и океанов, формирование рельефа.

Распределение климата на Земле зонально. На земном шаре выделяют несколько климатических поясов.

Климатические пояса – широтные полосы земной поверхности, которые обладают однородным режимом температур воздуха, обусловленным «нормами» прихода солнечной радиации и формированием однотипных воздушных масс с особенностями их сезонной циркуляции (таблица 2).

Воздушные массы – большие объемы воздуха тропосферы, обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температура, влажность, запыленность и т. п.). Свойства воздушных масс определяются территорией или акваторией, над которой они формируются.

Характеристики зональных воздушных масс:

экваториальные – теплые и влажные;

тропические – теплые, сухие;

умеренные – менее теплые, более влажные, чем тропические, характерны сезонные различия

арктические и антарктические – холодные и сухие.

Таблица 2. Климатические пояса и действующие в них воздушные массы

Внутри главных (зональных) типов ВМ существуют подтипы – континентальные (формирующиеся над материком) и океанические (формирующиеся над океаном). Для воздушной массы характерно общее направление перемещения, но внутри этого объема воздуха могут быть разные ветры. Свойства воздушных масс изменяются. Так, морские умеренные воздушные массы, переносимые западными ветрами на территорию Евразии, при движении на восток постепенно прогреваются (или охлаждаются), теряют влагу и превращаются в континентальный умеренный воздух.

Климатообразующие факторы:

1) географическая широта места, т. к. от нее зависит угол наклона солнечных лучей, а значит количество тепла;

2) циркуляция атмосферы – преобладающие ветры приносят определенные воздушные массы;

3) океанические течения (см. об атмосферных осадках);

4) абсолютная высота места (с высотой температура понижается);

5) удаленность от океана – на побережьях, как правило, менее резкие перепады температур (дня и ночи, сезонов года); больше осадков;

6) рельеф (горные хребты могут задерживать воздушные массы: если влажная воздушная масса встречает на своем пути горы, она поднимается, охлаждается, влага конденсируется и выпадают осадки).

Климатические пояса меняются от экватора к полюсам, т. к. изменяется угол падения солнечных лучей. Это в свою очередь определяет закон зональности, т. е. изменение компонентов природы от экватора к полюсам. Внутри климатических поясов выделяют климатические области – часть климатического пояса, обладающая определенным типом климата. Климатические области возникают вследствие влияния действия различных климатообразующих факторов (особенностей циркуляции атмосферы, влияния океанических течений и т. п.). Например, в умеренном климатическом поясе Северного полушария выделяют области континентального, умеренно континентального, морского и муссонного климатов.

Общая циркуляция атмосферы – система воздушных течений на земном шаре, которая способствует переносу тепла и влаги из одних районов в другие. Воздух перемещается из областей высокого давления в области низкого. Области высокого и низкого давления формируются в результате неравномерного нагревания земной поверхности.

Под влиянием вращения Земли потоки воздуха отклоняются в Северном полушарии вправо, в Южном – влево.

В экваториальных широтах благодаря высоким температурам постоянно существует пояс низкого давления со слабыми ветрами. Нагретый воздух поднимается вверх и растекается на высоте к северу и югу. При высоких температурах и восходящем движении воздуха, при большой влажности образуется большая облачность. Здесь выпадает большое количество осадков.

Примерно между 25 и 30° с. и ю. ш. воздух опускается к поверхности Земли, где вследствие этого формируются пояса высокого давления. Около Земли этот воздух направляется в сторону экватора (где низкое давление), отклоняясь в Северном полушарии вправо, в Южном – влево. Так образуются пассаты. В центральной части поясов высокого давления зона затишья: ветры слабые. Благодаря нисходящим токам воздуха происходит иссушение и прогревание воздуха. Жаркие и сухие районы Земли расположены в этих поясах.

В умеренных широтах с центрами около 60° с. и ю. ш. давление низкое. Воздух поднимается вверх и устремляется затем в полярные районы. В умеренных широтах преобладает западный перенос воздуха (действует отклоняющая сила вращения Земли).

Полярные широты отличаются низкими температурами воздуха и высоким давлением. Пришедший из умеренных широт воздух опускается к Земле и снова направляется в умеренные широты с северо-восточными (в Северном полушарии) и юго-восточными (в Южном полушарии) ветрами. Осадков мало (рис. 15).

<<< Назад

Вперед >>>

Для того чтобы определить основные свойства биосферы, необходимо сначала понять с чем мы имеем дело. Какова форма его организации и существования? Как она устроена и взаимодействует с внешним миром? В конечном счете, что это?

С появления термина в конце XIX века и до создания целостного учения биогеохимиком и философом В.И. Вернадским, определение понятия «биосфера» претерпело значительные изменения. Оно перешло из разряда места или территории, где обитают живые организмы в разряд системы, состоящей из элементов или частей, функционирующей по определенным правилам для достижения конкретной цели. Именно от того, в как рассматривать биосферу, и зависит, какие свойства ей присущи.

В основу термина положены древнегреческие слова: βιος - жизнь и σφαρα - сфера или шар. То есть это некоторая оболочка Земли, где есть жизнь. Земля, как самостоятельная планета, по утверждению ученых возникла около 4,5 млрд. лет назад, а еще через миллиард лет на ней появилась жизнь.

Архей, протерозой и фанерозой эон. Эоны состоят из эр. Последний состоит из палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Эры из периодов. Кайнозойская из палеогена и неогена. Периоды из эпох. Нынешняя – голоценовая – началась 11,7 тысяч лет назад.

Границы и слои распространения

Биосфера имеет вертикальное и горизонтальное распространение. Вертикально ее принято условно разделять на три слоя, где существует жизнь. Это литосферу, гидросферу и атмосферу. Нижняя граница литосферы достигает 7,5 км от поверхности Земли. Гидросфера располагается между литосферой и атмосферой. Ее максимальная глубина 11 км. Атмосфере покрывает планету сверху и жизнь в ней существует, предположительно, на высоте до 20 км.

Кроме вертикальных слоев, биосфера имеет горизонтальное деление или зональность. Это изменение природной среды от экватора Земли к ее полюсам. Планета имеет форму шара и потому количество поступающих на ее поверхность света и тепла различно. Наиболее крупные зоны — это географические пояса. Начиная от экватора, идет сначала экваториальный, выше тропический, затем умеренный и, наконец, возле полюсов — арктический или антарктический. Внутри поясов располагаются природные зоны: лесов, степи, пустынь, тундры и так далее. Эти зоны характерны не только для суши, но и для Мирового океана. В горизонтальном расположении биосферы есть своя высотность. Она определяется поверхностным строением литосферы и различается от подножия горы к ее вершине.

На сегодняшний день флора и фауна нашей планеты насчитывает порядка 3000000 видов, а это всего лишь 5% от всего количества видов, которые успели «пожить» на Земле. В науке нашли свое описание около 1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Есть не только неописанные виды, но и неизведанные области Земли, видовое наполнение которых, неизвестно.

Таким образом, биосфера обладает временной и пространственной характеристикой, а видовой состав живых организмов, ее наполняющий, меняется как во времени, так и в пространстве — по вертикали и горизонтали. Это и привело ученых к выводу, что биосфера не является плоскостной структурой и обладает признаками временной и пространственной изменяемостью. Осталось определить, под влиянием, какого внешнего фактора, она изменяется во времени, пространстве и структуре. Этим фактором является солнечная энергия.

Если принять, что виды всех живых организмов вне зависимости от пространственных и временных рамок, — это части, а их совокупность — целое, то их взаимодействие друг с другом и с внешней средой, является системой. Л фон Берталанфи и Ф.И. Перегудов, давая определение системы, утверждали, что она это комплекс взаимодействующих компонентов, или совокупность элементов, состоящих во взаимоотношениях друг с другом и со средой, или множество взаимосвязанных элементов, обособленных от среды и взаимодействующих с ней, как целое.

Система

Биосферу как единую целостную систему можно условно разделить на составные части. Самое распространенное такое делений – это видовое. Каждый вид животных или растений принимается за составную часть системы. Его также можно признать системой, со своей структурой и составом. Но вид не существует обособленно. Его представители живут на определенной территории, где они взаимодействуют не только между собой и окружающей средой, но и с другими видами. Такое проживание видов, на одной местности, называют экосистемой. Самая маленькая экосистема, в свою очередь, входит в большую. Та в еще большую и так до глобальной – до биосферы. Таким образом, биосферу, как систему, можно рассматривать состоящей из частей, которыми являются либо виды, либо биосферы. Разница лишь в том, что вид можно идентифицировать, потому, как он обладает признаками, отличающими его от других. Он самостоятелен и в другие виды – части не входит. С биосферами такое разграничение невозможно – одна часть другой.

Признаки

Система обладает еще двумя существенными признаками. Она создана для достижения определенной цели и функционирование целой системы эффективнее каждой ее части в отдельности.

Таким образом, свойства как системы, в ее целостности, синергетичности и иерархичности. Целостность заключается в том, что связи между ее частями или внутренние связи гораздо сильнее, чем с окружающей средой или внешние. Синергетичность или системный эффект в том, что возможности всей системы гораздо больше суммы возможностей ее частей. И, хотя каждый элемент системы сам система, тем не менее, он лишь часть общей и большей. В этом ее иерархичность.

Биосфера — это динамическая система, которая изменяет свое состояние под внешним воздействием. Она открыта, потому что обменивается веществом и энергией с внешней средой. У нее сложная структура, так как состоит из подсистем. И, наконец, она естественная система — образовалась в результате природных изменений на протяжении многих лет.

Благодаря этим качествам она может сама себя регулировать и организовывать. Это и есть основные свойства биосферы.

В середине XX века понятие саморегулирования впервые применил американский физиолог Уолтер Кеннон, а английский психиатр и кибернетик Уильям Росс Эшби ввел термин самоорганизации и сформулировал закон о требуемом разнообразии. Этот кибернетический закон формально доказывал, необходимость большого видового разнообразия для устойчивости системы. Чем разнообразие больше, тем вероятность системы удержать свою динамическую стабильность перед большими внешними воздействиями, выше.

Свойства

Реагировать на внешнее влияние, сопротивляться ему и преодолевать, воспроизводить себя и восстанавливать, то есть сохранять свое внутреннее постоянство, такова цель системы под названием биосфера. Эти качества всей системы построены на способности ее части, какой является вид, поддерживать определенную численность или гомеостаз, а также каждой отдельной особи или живого организма сохранять свои физиологические кондиции — гомеостат.

Как видно, эти свойства выработались у нее под влиянием и для противодействия внешним факторам.

Основным внешним фактором является солнечная энергия. Если количество химических элементов и соединений ограничено, то энергия Солнца поступает постоянно. Благодаря ей и происходит миграция элементов по пищевой цепи от одного живого организма к другому и превращение из неорганического состояния в органическое и обратно. Энергия ускоряет протекание этих процессов внутри живых организмов и по скорости реакции они происходят гораздо быстрее, чем во внешней среде. Количество энергии стимулирует к росту, размножению и увеличению численности видов. Разнообразие, в свою очередь, дает возможность дополнительного сопротивления внешнему влиянию, так как возникает возможность дублирования, подстраховки или замены видов в пищевой цепи. Миграция элементов, таким образом, будет дополнительно обеспечена.

Влияние человека

Единственной частью биосферы незаинтересованной в увеличении видового разнообразия системы является человек. Он всячески стремится упростить экосистемы, потому что так он сможет эффективнее за ней следить и регулировать в зависимости от своих потребностей. Потому все биосистемы, искусственно созданные человеком или степень его воздействия, на которые существенна, очень скудны в видовом плане. А их устойчивость и способность к самовосстановлению и саморегулированию стремится к нулю.

С появлением первых живых организмов, они начали менять условия существования на Земле под свои потребности. С появлением человека, уже он стал изменять биосферу планеты так, чтобы его жизнь была максимально комфортной. Именно комфортной, потому что о выживании или сохранении жизни речь не идет. Следуя логике, должно появиться нечто, что будет менять в своих целях уже самого человека. Интересно, что это будет?

Видео — Биосфера и ноосфера

Одной из характерных особенностей Земли является её географическая (ландшафтная) сфера, заключающая в себе, несмотря на малую относительную толщину самые яркие индивидуальные черты нашей планеты. В пределах этой сферы происходит не только тесное соприкосновение трёх геосфер - нижних разделов , и , но и частичное перемешивание и обмен твёрдыми, жидкими и газообразными компонентами. Ландшафтная сфера поглощает основную часть лучистой энергии Солнца в пределах волн видимого диапазона и воспринимает все прочие космические влияния. В ней же проявляются , обязанные энергии радиоактивного распада в , перекристаллизации и т.д.

Энергия различных источников (главным образом Солнца) претерпевает в пределах ландшафтной сферы многочисленные трансформации, превращаясь в тепловую, молекулярную, химическую, кинетическую, потенциальную, электрическую формы энергии, в результате чего здесь сосредоточивается тепло, притекающее от Солнца, и создаются разнообразные условия для живых организмов. свойственны целостность, обусловленная связями между её компонентами, и неравномерность развития во времени и пространстве.

Неравномерность развития во времени, выражается в присущих этой оболочки направленных ритмичных (периодических - суточных, месячных, сезонных, годовых и т.п.) и неритмичных (эпизодических) изменениях. Знание основных закономерностей развития географической оболочки позволяет во многих случаях прогнозировать природные процессы.

Благодаря разнообразию условий, создаваемых , водами, и жизнью, ландшафтная сфера пространственно дифференцирована сильнее, чем во внешних и внутренних геосферах (кроме верхней части земной коры), где материя в горизонтальных направлениях отличается относительным однообразием.

Неравномерность развития географической оболочки в пространстве выражается, прежде всего, в проявлениях горизонтальной зональности и . Местные особенности (условия экспозиции, барьерная роль хребтов, степень удаления от океанов, специфика развития органического мира в том или ином районе Земли) усложняют структуру географической оболочки, способствуют образованию азональных, интразональных, различий и приводят к неповторимости, как отдельных регионов, так и их сочетаний.

Типы , которые выделяются в ландшафтной сфере, различны по рангам. Наиболее крупное деление связано с существованием и размещением . Далее оно обязано шарообразной и проявляется в разном количестве тепловой энергии, поступающей на её поверхность. Благодаря этому образуются тепловые пояса: жаркий, 2 и 2 холодных. Однако термические различия определяют собой не все существенные черты ландшафта. Сочетание сферической формы Земли с её вращением вокруг оси создают, помимо термических, заметные динамические различия, возникающие, прежде всего в атмосфере и гидросфере, но распространяющие своё влияние и на сушу. Так складываются климатические пояса, каждому из которых свойственны особый режим тепла, свои , особенности их и, как следствие этого, - своеобразная выраженность и ритмика ряда процессов: биогеохимических, испаряемости, вегетации , животных, круговоротов органического и минерального вещества и др.

Членение Земли на широтные оказывает столь существенное влияние на прочие стороны ландшафта, что деление природы Земли по всему комплексу признаков на пояса физико-географические почти соответствует климатическим поясам, в основном совпадая с ними по числу, конфигурации и названиям. Географические пояса существенно различаются по многим признакам в Северном и Южном , что позволяет говорить об асимметрии географической оболочки.

Дальнейшее выявление горизонтально- различий происходит в прямой зависимости от размеров, конфигурации суши и от связанных с этим различий в количестве влаги и режиме увлажнения. Здесь наиболее резко выступает влияние секторных различий между приокеаническими, переходными и континентальными частями (секторами) материков. Именно в конкретных условиях отдельных секторов формируются разнородные участки географических поясов суши, именуемые физико-географическими зонами. Многие из них одноимённы с зонами растительности ( , и др.), но это отражает лишь физиономическую представленность растительного покрова в облике ландшафта.

Границы и слои распространения

Система

Признаки

Свойства

Как видно, эти свойства выработались у нее под влиянием и для противодействия внешним факторам.

Влияние человека

Видео — Биосфера и ноосфера

Тема 1. Экология и окружающая природная среда.

Астрономы предполагают, что Земля вместе с другими планетами возникла около 4,6 млрд. лет назад из одного сжимающегося газопылевого облака, из которого образовалось и Солнце. В соответствии с современными научными взглядами Земля представлена тремя слоями (сферами).

Первый слой - это атмосфера , простирающаяся в Космос. Современная атмосфера планеты по составу относится к азотно-кислородному типу и этим качественно разнится от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел, включая планеты Солнечной системы. Атмосфера подразделяется на несколько зон: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу.

1.Тропосфера - нижняя часть атмосферы. В ней сосредоточено более 80% всей массы воздуха. Ее высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности (на экваторе до высоты 16-18 км, в умеренных широтах 10-11км, на полюсах до 8 км). Тропосфера характеризуется понижением температуры воздуха с высотой, в среднем на 0,6 К через каждые 100 м.

2.Стратосфера располагается выше тропосферы, до высоты 50-55 км, и отличается повышением температуры у ее верхней границы. Это связано с наличием здесь пояса озона, интенсивно поглощающего световое излучение ультрафиолетового спектра. Одновременно озоновый слой защищает поверхность Земли от губительного воздействия этой части излучения Солнца.

3.Мезосфера простирается до высоты 80 км. В ней наблюдается резкое понижение температуры (до -75-90°С) и образование серебристых облаков, состоящих из ледяных кристаллов.

4.Ионосфера (термосфера) достигает высоты 800 км. Для нее характерно значительное повышение температуры (до 1000°С и более). Под прямым воздействием ультрафиолетового излучения газ здесь присутствует в ионизированном состоянии, что способствует многократному отражению радиоволн, обеспечивающих дальнюю радиосвязь на Земле.

5.Экзосфера находится на высоте от 800 до 2000-3000 км и имеет температуру свыше 2000°С. Скорость движения газов в ней приближается к критической (11,2 км/с). Они представлены в основном водородом и гелием, образующими вокруг Земли корону, простирающуюся до высоты 20 тыс. км.

Вторая сфера – литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, включает земную кору и верхнюю мантию. Мощность литосферы – 50-100 км, в том числе земной коры – до 75 км на континентах и 10 км под океаном. Исследована лишь верхняя часть земной коры (около 5% ее объема). На 47-49% она состоит из кислорода, на 27-28% из кремния, на 8% из алюминия. Они составляют основу песчано-глинистых минералов, доля которых в коре достигает 80-85%. Эти же элементы, а также железо, кальций, натрий, калий, магний и титан образуют 99,6% массы земной коры. На долю остальных 105 известных химических элементов приходится только 0,4%. Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, то есть в почве. Почва - это верхние наружные уровни горных пород, измененные под влиянием воды, воздуха и деятельности живых организмов, это смесь остатков живых организмов и косных (неорганических) веществ, обладающая таким свойством как плодородие. Мощность почвы невелика: от 30 см в тундре до 160 см – в западных черноземах.

Следующий за корой слой Земли толщиной около 2880 км известен как мантия. Предполагают, что она в основном сложена плотными силикатными породами. Третий слой толщиной порядка 3500 км называют ядром. По-видимому, оно состоит из внешнего жидкого слоя толщиной около 2080 км и твердой центральной части из никеля и железа при температуре 6400 К.

Большую часть поверхности нашей планеты занимает третья сфера или гидросфера , включающая все типы водоемов. В наиболее общем виде гидросферу делят на Мировой океан, континентальные и подземные воды.

В Мировом океане сосредоточена основная масса воды. Его средняя глубина составляет более 4000 м, он занимает площадь, равную 71% поверхности земного шара, и отличается высокой соленостью. Континентальные водоемы покрывают около 5% площади Земли. Из них на долю поверхностных вод (озера, реки, болота) приходится весьма малая часть (0,2%), ледников - 1,7%.

В верхней части земной коры находятся обширные запасы подземных вод, которые составляют около 4% общего объема гидросферы. Пресные воды залегают до глубины 150-200 м, ниже они переходят в солоноватые. Подземные воды включают в себя также лед в толще многолетней мерзлоты.

Свободные воды гидросферы по вертикали делятся на две зоны. Верхняя зона - эуфотическая, определяется глубиной проникновения солнечного света (в среднем 200 м). В этой зоне протекает деятельность фотосинтезирующих организмов (растений, некоторых бактерий). В нижних слоях, куда не проникает солнечный свет, - афотической зоне - обитают живые организмы, использующие готовые органические вещества, синтезированные организмами эуфотической зоны. Весь планетный запас воды достигает 1450 млн. км 3 .

Гидросфера тесно связана с литосферой (подземные воды), атмосферой (пары воды) и живым веществом, в состав которого вода входит в качестве обязательного компонента. Она выступает в роли универсального растворителя практически всех веществ, взаимодействует со многими из них. Это взаимодействие обеспечивает обмен веществ, например, между сушей и океаном, организмами и окружающей средой.

Кроме названных, выделяют еще одну весьма своеобразную оболочку Земли, которую называют биосферой , это область распространения жизни на Земле, охватывающая несколько населенных организмами геосфер: тропосферу, гидросферу и часть литосферы (до 3 км). Биосфера представляет собой совокупность частей земных оболочек, которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Биосфера состоит из нескольких типов веществ:

живое вещество - совокупность всех живых организмов на планете (растений, животных, микроорганизмов).;
биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (каменный уголь, битумы, известняки, нефть);
косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) - вещество неорганического происхождения, т.е. образуемое в процессах, в которых живое вещество не участвует;
биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (сюда относится почти вся вода биосферы, почвы, илы);
вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада (радиоактивные элементы);
рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения;
вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов и т.д.).

К основным признакам живого относятся:

1.Единство химического состава . В живых организмах 98% химического состава приходится на 6 элементов (макробиогены): около 60% кислорода, около 20% углерода, около 10% водорода, 3% азота, 3,5% кальция и 1% фосфора.

2.Живые системы содержат совокупность сложных биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и др.).

3.Это открытые системы , то есть системы, которые не могут существовать без постоянного притока энергии в виде пищи, света и т.п. (используют внешние источники энергии). Все живые системы способны к обмену веществами с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя во внешнюю среду продукты жизнедеятельности.

Через живые организмы проходят потоки энергии и веществ, в результате чего в системах осуществляется обмен веществ – метаболизм (от греч. – превращение.).

Метаболизм включает процессы анаболизма (синтез веществ) и катаболизма (распад сложных веществ). В процессах анаболизма под действием ферментов происходит синтез сложных веществ из более простых с накоплением энергии (фотосинтез).

При катаболизме происходит высвобождение энергии, заключенной в химических связях крупных органических молекул, и накопление ее в форме богатых энергией фосфатных связей аденозинтрифосфорной кислоты (дыхание, брожение). Конечными продуктами катаболизма являются углекислый газ, вода, аммиак и т.д. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава внутренней среды организма (гомеостаз) и, как следствие, постоянство его функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

4.Живые системы – высокоорганизованные и упорядоченные системы , они устойчивы при жизни и быстро разлагаются после смерти.

5.Жизнь на Земле проявляется в виде дискретных форм . Дискретность живого означает, что отдельный организм или сообщество организмов состоят из отдельных изолированных, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.

6.Живые системы – самовоспроизводящиеся системы . В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур по генетической программе, которая заложена в ДНК клеток.

Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и способности развития из поколения в поколение.

7.Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся и самоорганизующиеся системы.

Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные показатели системы (рН, температуру, содержание воды, углекислого газа и т.д.), т.е. обеспечивать гомеостаз.

Самоорганизация – свойство живой системы приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды за счет изменения структуры своей системы управления. Это изменение происходит в процессе переработки поступающей из внешней среды информации, т.е. живые системы самоуправляющиеся .

8.Живые системы способны к росту и развитию . Рост – увеличение в размерах и массе с сохранением общих черт и качеств системы. Рост живой системы сопровождается развитием , то есть возникновением новых качеств и черт.

9.Историческое развитие , то есть необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением формы жизни от оплодотворения до смерти. Историческое развитие живых систем связано с их изменчивостью.

Изменчивость – свойство, противоположное наследственности и связанное с приобретением организмом новых свойств и признаков под воздействием внешних факторов в результате самоуправления.

10.Живым организмам характерна ритмичность , то есть периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (суточные ритмы сна и бодрствования, сезонные ритмы активности и спячки некоторых млекопитающих).

11.Живая система – динамическая система , которая активно воспринимает и преобразует молекулярную информацию с целью самосохранения.

Взаимодействие живых организмов с компонентами биосферы (литосферой, атмосферой, гидросферой) происходит путем обмена, питания, дыхания и выделения продуктов метаболизма. Все организмы неодинаковы с точки зрения накопления ими веществ и энергии. Растения используют солнечную энергию, осуществляя процесс фотосинтеза, а животные потребляют органические вещества, созданные растениями - фотосинтетиками. Поэтому все живые организмы по способу питания можно разделить на два класса: автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофные , т.е. самопитающиеся, - поглощают энергию Солнца и вещества из окружающей среды, создают органические вещества из неорганических. К ним относятся зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии. По источнику энергии автотрофы подразделяют:

1.Фотоавтотрофы осуществляют процесс превращения воды и углекислого газа в сахара с выделением в качестве побочного продукта - кислорода (фотосинтез).

2.Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ используют химическую энергию (серо- и железобактерии – при окислении соединений серы и железа), они играют значительную роль только в экосистемах подземных вод.

Гетеротрофные организмы, т.е. питаемые другими, - используют в качестве пищи готовые органические вещества, т.е. они питаются другими животными организмами, растениями или их плодами. К ним относятся травоядные, хищники и человек.

Выделяют иногда еще миксотрофные организмы, которые в зависимости от условий внешней среды могут сочетать автотрофный и гетеротрофный режим питания. Например, водные одноклеточные организмы при хорошей освещенности питаются автотрофно, а в темноте переходят к гетеротрофному способу.

Живое вещество также подразделяется:

1.Однородное – биомасса организмов одного вида или рода.

2.Разнородное – биомасса особей разных видов, населяющих данную экосистему.

3.Репродуктивное вещество – живые организмы, благодаря которым жизнь в биосфере постоянно воспроизводится.

4.Соматическое вещество – организмы, уже не способные воспроизводить себе подобных.

Живые системы обладают совокупностью следующих функций:

1.Питание . Пища нужна всем живым системам как источник энергии и веществ, необходимых для строительства органов (процесс анаболизма).

2.Дыхание – процесс катаболизма.

3.Выделение – выведение из организма конечных продуктов обмена.

4.Раздражимость – реагирование на изменение внешней и внутренней среды (голод, жажда, холод). Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с участием нервной системы и называется рефлексом .

5.Размножение .

6.Рост – в отличие от кристаллов, растущих снаружи, живые системы растут как бы изнутри, включая питательные вещества в структуру своего тела.

7.Подвижность – перемещение в пространстве всей системы и движение внутри системы (кровь у животных).

К свойствам живого вещества относят:

1.Способность быстро осваивать все свободное пространство (всюдность жизни ).

2.Способность двигаться не только пассивно (под действием гравитации), но и активно (против течения воды, силы тяжести и т.д.).

3.Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

4.Высокая приспособительная способность (адаптация) к разным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, воздушной, почвенной), но и трудных по физико-химическим параметрам условий (температурным, радиационным и др.).

5.Очень большая скорость протекания реакций, она на несколько порядков выше, чем в неживом веществе.

6.Высокая скорость обновления живого вещества (в среднем для биосферы 8 лет, при этом для суши – 14 лет, а для океана – 33 дня).

В соответствии с учением В.И. Вернадского, биосферу можно разделить на три подсферы:

1.Аэробиосфера населена аэробионтами, основой жизни которых является влага воздуха. В аэробиосфере выделяют слой тропобиосферы – от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков. Выше тропобиосферы лежит слой альтобиосферы , где концентрация микроорганизмов очень небольшая. Над слоем альтобиосферы находится пространство, куда микроорганизмы проникают случайно, и в этом слое они не размножаются – парабиосфера .

2. В гидробиосфере выделяют три слоя в зависимости от интенсивности проникающего солнечного света:

-фотосфера – относительно ярко освещенный слой;

-дисфотосфера – проникает до 1% солнечного света;

-афтосфера – слой абсолютной темноты, где фотосинтез невозможен.

3.Геобиосфера включает:

-террабиосферу – область жизни на поверхности суши, которая подразделяется на фитосферу (от поверхности Земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и лежащие под ними подпочвы);

-литобиосферу – жизнь в глубинах Земли в порах горных пород. Жизнь в толще литосферы существует в основном в подземных водах.

К основным свойствам биосферы относят:

1.Биосфера способна аккумулировать солнечную энергию и превращать ее в энергию химических связей органических соединений.

2.Биосфера – целостная система , она обусловлена непрерывным обменом веществ и энергии между ее составными частями.

3.Биосфера – централизованная система , центром ее являются живые организмы.

4.Биосфера – открытая система . Ее существование невозможно без постоянного притока солнечной энергии.

5.Биосфера – саморегулирующая система , для которой характерна организованность, способность поддерживать исходное состояние, т.е. после различных нарушений возвращаться в первоначальное состояние (это свойство называется гомеостазом ).

6.Биосфера проявляет ритмичность – повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточные, годовые, внутривековые и сверхвековые.

7.Биосфера обладает горизонтальной зональностью и высокой поясностью .

Горизонтальная зональность – закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающей на разные широты тепла в связи шарообразной формой Земли. Наиболее крупные зональные подразделения – географические пояса .

8.Биосфера – глобальная многоэлементная система , характеризующаяся большим разнообразием. Это разнообразие обусловлено совокупностью большого количества экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

9.Важнейшее свойство биосферы – обеспечение круговорота веществ и неисчерпаемости отдельных химических элементов и их соединений. Нарушение или тем более разрушение природных круговоротов химических элементов может привести к коллапсу биосферы.

10.Биосфера – живая открытая система . Она обменивается энергией и веществом с внешним миром. Применительно к биосфере внешний мир – это космическое пространство.

К биосфере относят прежде всего те участки, где есть условия для выживания и размножения живых существ – это поле существования жизни . К ним прилегают территории, в которых живые организмы лишь выживают, они не могут размножаться. Эти территории называются полем устойчивости жизни .

Поле существования жизни определяется:

1) достаточным количеством кислорода, углекислого газа и воды;

2) благоприятной температурой;

3) прожиточным минимумом минеральных веществ.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек – атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал пленками жизни . Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

Существует пять интегральных биохимических функций биосферы, и в том числе, живого вещества:

1.Энергетическая функция выполняется в основном растениями. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, т.е. аккумулирование зелеными растениями солнечной энергии и дальнейшее ее перераспределение между остальными компонентами биосферы.

2.Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Она обеспечивает газовый состав атмосферы, состав осадочных пород литосферы и химический состав гидросферы, баланс веществ и энергии в биосфере, восстановление нарушенных человеком условий обитания. Средообразующая функция включает:

-Газовая функция обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение. Выделяется несколько газовых функций: кислородно-углекислотная (процесс фотосинтеза), углекислотная (процесс дыхания), азотная (выделение азота азотденитрофицирующими бактериями).

-Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение ее в косное вещество.

-Концентрационная функция заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды, обуславливая большую разницу в составе живого и косного вещества планеты. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником, как полезных веществ (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья (тяжелых металлов, радиоактивных элементов и ядохимикатов).

-Окислительно-восстановительная функция живых организмов проявляется в окислении с участием бактерий, грибов всех бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. В результате восстановительной деятельности анаэробных микроорганизмов в заболоченных почвах, практически лишенных кислорода, образуются окисленные формы железа.

3.Транспортная функция – перенос вещества и энергии в результате движения живых организмов. Часто такой перенос осуществляется на громадное расстояние, например при перелете птиц.

4.Информационная функция . Живые организмы способны воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию и передавать ее последующим поколениям.

5.Рассеивающая функция – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов, например рассеивание токсичных веществ, рассеивание веществ при выделении организмами экскрементов.

Условием существования и развития биосферы является круговорот биологически важных веществ. Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ: геологический, или большой, и малый, биологический.

Геологический круговорот четко проявляется на примере круговорота воды и циркуляции атмосферы. По оценкам, до половины поступающей от Солнца энергии расходуется на испарение воды. Ее испарение с поверхности Земли компенсируется выпадением осадков. При этом из Океана воды испаряется больше, чем возвращается с осадками, а на суше происходит обратное - осадков выпадает больше, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в реки и озера, а оттуда - снова в Океан. Наряду с водой в геологическом круговороте с одного места в другое переносятся и минеральные вещества.

С появлением живого начала на базе геологического, или абиотического, круговорота возникает биологический круговорот. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения с последующим их возвращением в почву и атмосферу, а также воду.

С момента появления на Земле человека начинается формирование новой геологической оболочки – ноосферы (от греч. - разум), то есть сферы разума. Это понятие было введено французским математиком и философом Э. Леруа в 1927 г. Ноосфера рассматривается как высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением в ней цивилизованного общества.

2. Понятие о научной дисциплине "Экология".

Термин «экология» (от гр. oikos - дом, родина и logos - наука) предложил немецкий биолог Э.Геккель (1866 г.), это наука об отношениях растительного мира, животных организмов, человека и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой.

Исходя из определения, что экология - совокупность научных и практических проблем взаимоотношений человека и природы, ее можно разделить на экологию общую и прикладную.

К общей экологии следует отнести разделы, изучающие антропосное воздействие на живое вещество (биоэкология) и биокосное вещество (геоэкология) и их ответные реакции на это воздействие.

В биоэкологии при делении по уровню организации живого можно выделить молекулярную экологию, морфологическую экологию (клеток и тканей) и аутоэкологию, изучающую живое вещество на уровне особи. При делении по типу структурирования живого в биологической системе биоэкологию можно разделить на экологию многоклеточных организмов (грибов, растений и животных) и одноклеточных (микроорганизмов).

К предмету геоэкологии относятся проблемы взаимодействия в системе антропос - биокосное вещество. Принимая за признак деления агрегатное состояние этого вещества, получим, например, деление геоэкологии на экологию суши, гидросферы и атмосферы.

К области прикладной экологии необходимо отнести следующие вопросы: выработка общих решений, прогнозов и рекомендаций, касающихся путей выхода из глобальных кризисных ситуаций экологического характера; разработка конкретных управленческих, юридических, технологических и экономических решений, улучшающих экологические параметры развития общества. Исходя из сказанного, прикладную экологию можно разделить на экологию глобальных кризисных проблем и экологию природопользования.

К глобальным кризисным относятся, например, проблемы парникового эффекта и озонового слоя Земли. Экологию природопользования составляют экология промышленная, сельскохозяйственная, промысловая, быта и т.д.

Также по теме

Резервы в 1с 8.2. СтавАналит. Контактная информация. Учетная политика по сомнительным долгам

Этническая история белгородчины

Блюда из медвежатины. Лапа медвежья. Как приготовить "медвежью лапу": мастер-класс Медвежья лапа рецепт пошаговый

§4. Липиды. Углеводы. Общая биология: Углеводы и липиды Углеводы и липиды у растений

Вооруженные силы иностранных государств