Текст книги "География на ладони. Краткий курс по устройству планеты"

Уилл Уильямс
География на ладони. Краткий курс по устройству планеты

© Ан С. В., перевод на русский язык, 2019

© ООО «Издательство «Эксмо», 2019

Предисловие

За последние несколько десятилетий методы обучения географии изменились до неузнаваемости. Я была классическим представителем поколения, которое Уилл Уилльямс называет поколением «мысов и заливов». Мы, главным образом, заучивали названия местностей и горных вершин, и никому не приходила в голову идея вывести нас на улицу для того, чтобы вместе прогуляться по берегу моря, или чтобы перейти реку вброд, так, чтобы дать нам возможность своими собственными глазами увидеть все это в действительности. И, конечно, никто даже не пытался убедить меня в том, что география – удивительная область знания, так как окружает нас повсюду, являясь, с одной стороны, неизбежной, а с другой, постоянно меняющейся частью повседневной жизни – моей и всех остальных людей на Земле.

Уилл Уилльямс преподает географию, делая ее живой, интересной, но главным образом объясняя, насколько она обширна и разнообразна. Ведь в ней есть все, начиная от извержений вулкана и экотуризма, и заканчивая изменениями климата и моделей развития поселений, – и все это география! По убеждению Уилла, география – всеобъемлющая дисциплина, охватывающая разные науки, включая экономику и социологию, не говоря уже о собственных разделах географии, таких как геология, геоморфология, тектоника и других, которых слишком много, чтобы их можно было бы перечислить.

Даже если вы достаточно юны и уже слышали рассказы о том, как ландшафты видоизменялись со временем, или о том, как возрастала социальная значимость роста народонаселения, уверена, что, прочтя эту книгу, вы сделаете для себя очень много открытий. А если вам не доводилось углубляться дальше и вникать глубже простого запоминания значений длины Нила, Амазонки или Конго, она станет для вас настоящим откровением.

Другими словами, независимо от того, станет ли для вас эта книга прогулкой по волнам вашей памяти, морским путешествиям к неоткрытым землям или помощником при подготовке к будущим викторинам, каждый, кто интересуется тем, что движет жизнью планеты и живущих на ней людей, найдет в «Географии на ладони» ответы на свои вопросы. И если это звучит многообещающе, тогда эта география для вас.

Кэролайн Таггарт,

британский писатель, редактор

Введение

Когда вы отправляетесь в свой ежегодный «летний семейный отпуск», то направление движения, скорее всего, определяет ваш отец, он же скорее всего и ведет машину. А вы со своими братьями и сестрами, наверное, воюете, сидя на заднем сиденье автомобиля, тогда как карта, как правило, находится в руках вашей матери. Это означает, что в случае, если вам понадобится объезд или (не произносите этого вслух) вы заблудились, обвинения посыплются именно в ее адрес. Это не означает, что ваш отец никогда не видел карты; просто он предпочитает изучать дороги и очередность появления поселений, уже находясь в пути. Сегодня народ просто подключает спутниковую навигацию, указывает место назначения, и – вперед! Надеюсь, избегая низких мостов и тупиков.

Эта сценка характеризует роль географии в нашей повседневной жизни и, к сожалению, демонстрирует те пределы, до которых она проникает в жизнь многих людей. Не нужно всех этих разговоров о том, как изменился наш индустриальный мир и как мы все стали более изолированными друг от друга: просто вспомните о картах! Будь это Льюис и Кларк из США, Флиндерс[1]1
  Мериуэзер Льюис (1774–1809) и Вильям Кларк (1770–1838) – американские исследователи и первопроходцы. В 1804–1806 гг. предприняли первую сухопутную экспедицию от атлантического побережья США к тихоокеанскому и обратно. – Прим. ред.


[Закрыть][2]2
  Мэтью Флиндерс (1774–1814) – британский исследователь австралийского континента. – Прим. ред.


[Закрыть], пересекавший Австралию, или Ливингстон[3]3
  Дэвид Ливингстон (1813–1873) – британский миссионер и исследователь Южной Африки. – Прим. ред.


[Закрыть] в Африке, все эти великие исследователи вряд ли отправлялись в свои путешествия и наносили на карты, открытые ими земли, лишь для того, чтобы впоследствии принизить их перед лицом технологического прогресса.

Карты – это та сфера, где большинство людей впервые сталкиваются с географией, но несмотря на то, что сегодня спутниковая навигация сильно ограничила включенность людей в этот процесс, карты, вопреки всему, продемонстрировали свою впечатляющую значимость. Современные географы буквально потешались над «географической информационной системой» (ГИС), и вы также, может быть, не осознавая того, становились географом, по крайней мере, хоть один раз за рабочий день. Интернет просто наводнен картами: картами, содержащими данные, картами с указанием местоположения ваших друзей (по крайней мере тех, у кого есть мобильные телефоны), картами, которые покажут вам, когда ваш дом зальет водой, картами, указывающими вам на местоположение ближайшего ресторана, картами, которые фактически показывают все и всех на свете. Таким образом, география никуда не исчезла, она всегда с нами, являясь неотделимой, важнейшей частью жизней всех людей.

Быть географом в первые десятилетия XXI века означает, с одной стороны, восхищаться безграничными возможностями для путешествий, обучения и реализации себя и своих планов, а, с другой – быть озабоченным отсутствием общего для всех мышления и видения того, что происходит вокруг нас. География способна сыграть уникальную и неоценимую роль в объединении всех аспектов сложнейших проблем, высветив и обозначив наиболее важные цели и задачи современной жизни. При этом ни в какой другой сфере эта интегрирующая роль географии не кажется столь очевидной, как в дебатах об изменении климата.

Никто во всем мире сегодня не сомневается в том, что использование возобновляемых ресурсов должно стать непреложной истиной и основой жизни будущих поколений. Мы также знаем, что локальные модели погоды меняются со временем, тогда как изменения климата на земле связаны с прошлыми эпохами. Нам прекрасно известно и то, что с того момента, как мы поспособствовали высвобождению углерода из его залежей в недрах земли, уровень двуокиси углерода в атмосфере взметнулся вверх. Однако, в действительности, мы все еще не знаем наверняка, связаны ли изменения климата с деятельностью человека. Возможно, это действительно так, но это не имеет большого значения. Реальность состоит в том, что из-за сокращения запасов ископаемого топлива в какой-то момент будущего нам придется переходить на новые источники энергии.

Именно география находится в эпицентре всех этих дискуссий, а географы представляются единственными специалистами, способными дать простое и логически связанное объяснение возникшей ситуации. И не имеет значения, с чем связана тревога перед будущим – с ростом цен на нефть, заботой об окружающей среде, перспективой истощения национальных ресурсов или политическим влиянием одной страны на другую. В конечном счете нам необходимо защитить экологию и гарантировать доступность энергии, а для этого нужно научиться использовать возобновляемые ресурсы. Именно поэтому мы нуждаемся в географах, которые помогут связать воедино разрозненные области исследований, обеспечив платформу для генерирования новых идей и перехода к следующему этапу развития.

Эта проблема составляет суть современных «мальтузианских дебатов», в которых обсуждаются идеи и концепции, заполняющие колонки заумных изданий и большую часть их печатной стряпни. Кроме того, сегодня в нашем распоряжении имеются сети радиостанций, вещающие по 24 часа в сутки, а также живая блогосфера, благодаря которой подобные дебаты кочуют по всему миру.

Кто бы мог подумать, что тогда, когда вы заучивали названия столиц штатов США, самых длинных рек в мире и флагов на здании ООН, вы закладывали основы предмета, который будет становиться все более и более актуальным по мере того, как мир будет становиться все более сложным?

Физический мир

Реки

Поскольку реки обеспечивают бесценными ресурсами огромное количество людей по всему миру – и забирают жизни многих – наверное, лучше всего именно с них и начать наше исследование того, что мы помним о физической географии. Река – поток воды, текущей по каналу под уклоном вниз, – проста и доступна пониманию. Это либо весело бурлящий водяной каскад, сбегающий вниз по склону горы; либо повергающий в ужас огромный водопад; либо длинный, извилистый равнинный поток; либо огромная масса воды во время половодья, уносящая с собой вниз все, что встречается ей на пути.

Возможно, вы изучали, где какие реки находятся и насколько длинными они являются, или же вам доводилось переходить их вброд и заниматься их измерением, а также измерением гальки и всего прочего, связанного с ними. К сожалению, первое обычно относится к тем рекам, которые протекают по таким экзотическим местам, как Египет, тогда как последнее, касается любых водотоков, которые можно обнаружить где угодно поблизости.

Под этим термином подразумевается «строение» реки, или то, как она меняется по форме на протяжении всей своей длины, начиная от истока до устья. Реки обычно подразделяются на три части: верховье, среднее течение и нижнее течение. Начинаться они могут с родника, болота или протечек и ручейков, текущих по крутым склонам гор, подпитываемых дождями. По мере продвижения от истока до устья, большинство рек кардинально меняют свой облик и характер в силу взаимосвязи следующих трех факторов:

• «скорости», с которой высота русла или ложа реки снижается по мере продвижения к устью (градиент);

• соотношения между поверхностью трения русла и берегов реки, с одной стороны, и площадью поперечного сечения русла (морфология русла);

• мелкомасштабных особенностей речного русла и их влияния на характер течения воды, ее круговоротов и завихрений (неровности поверхности русла).

Очевидно, что воздействие воды на поверхность земли – это только одна часть дела. Другая состоит в том, что подлежащие горные породы представляют собой альбом, на который вода наносит свои рисунки.

Возможно, вам кажется логичным, что река течет быстрее всего у своего истока, в ее верхнем течении, и что именно здесь она демонстрирует крутой градиент? Иными словами, вам может показаться, что именно так и всё и происходит, и действительно, большинство водопадов находятся в верхнем течении реки и именно в этой части реки текут довольно быстро. Но ответ все же не так прост, как может показаться. На протяжении значительного отрезка течения реки, наибольшие ее скорости обнаруживаются в тех ее участках, где влияние градиента достаточно сильно, чтобы сломить сопротивление темных сил трения подлежащих поверхностей. В конечном итоге, именно в нижнем течении реки ее русло оказывается наиболее эффективным, так что средняя скорость течения реки достигает здесь своего максимума.

КАКИМ ОБРАЗОМ ИЗМЕРЯЕТСЯ ОБЪЕМ ВОДЫ В РЕКЕ?

Объем перемещаемой воды в реке называется его стоком, и он рассчитывается как площадь поперечного сечения русла перемноженное на среднюю скорость ее течения.

Следовательно, единицы, в которых измеряется сток – это метры кубические в секунду. Общепринятым обозначением стока реки является знак Q.

Реки представляются хорошей иллюстрацией важности «событий с высокой магнитудой и низкой частотой» в формировании ландшафта. В течение большей части года река способна с легкостью перемещать массу воды, не оставляя энергии, достаточной для эрозии[4]4
  Т. е. событий энергозатратных, но редко происходящих. – Прим. ред.


[Закрыть]. Наверное, 4 или 5 раз в году, величина стока воды в реке достигает уровня, достаточного для того, чтобы заполнить все ее русло (известна как «руслонаполняющий расход воды»). Приблизительно в этот момент энергия реки достигает наибольшего уровня, с которым она может справиться, при данной форме ее русла. Но если уровень воды еще больше повышается, река выходит из берегов, меняя свою форму и продольный профиль, а также увеличивая или же сокращая интенсивность эрозии русла. Однако это происходит только в тех случаях, когда река уже больше не может транспортировать свой сток, в условиях сохранения текущего профиля русла. Поэтому только тогда, когда река находится в состоянии обладания наивысшей энергией, которой она способна управлять, она приступает к выполнению какой-либо новой работы.

Мы все когда-то учили мнемоническое обозначения процессов флювиальной эрозии[5]5
  От лат. fluvius – поток. – Прим. ред.


[Закрыть] (и надо отметить, береговой эрозии в том числе) – КТРГ (CASH, англ.):

Корразия (corrasion) – механическое разрушение или размывание. Происходит тогда, когда горные породы трутся о ложе и берега реки, меняя форму ее русла. Правильнее было бы этот процесс назвать «абразией», однако, такое название может создать проблему для сочинителей мнемонических обозначений.

Трение, истирание (attrition) – обломки горной породы трутся друг о друга, формируя более округлые и более мелкие частицы.

Растворение (solution) – частицы пород растворяются в воде, становясь частью реки. В районах распространения известняка со слегка кислотной водой это способствует возникновению одного из самых странных явлений на нашей планете. Дождевая вода, вступая в реакцию с углекислым газом при прохождении ее через воздушную среду, образует слабую угольную кислоту. Поэтому, даже при отсутствии каких-либо других загрязнителей воздуха, дождевая вода всегда будет несколько более кислой.

Гидравлическое воздействие (hydraulic action) – воздействие воды на ложе или донную поверхность реки и ее берега, могут привести к тому, что воздух будет заперт в ловушку, так что его давление приведет к ослаблению берега и вызовет его истирание.

Под «грузами» здесь, конечно же, подразумевается любой материал, – гравий, галька, обломки горных пород, – который переносится вместе с естественным потоком воды в реке. Поскольку вода движется, она обладает кинетической энергией. Река использует эту энергию для выполнения следующих видов работы:

Течение (flowing) – в буквальном смысле этого слова, т. е. перемещения водяной массы и ничего больше. Но, помимо растворения некоторых веществ на этом пути, река выполняет еще кое-что.

Транспортировка (transporting) – при условии достаточности энергии, вода будет переносить с собой материалы, направляя их вниз по течению.

Эродирование (eroding) – вне зависимости от того, частицы каких веществ растворены в воде, эрозивный потенциал реки будет весьма незначительным, при условии, что река не находится в высокоэнергетическом состоянии. Таким состоянием река обладает лишь на отдельных ее участках, где течение достаточно быстрое – таких, например, как пороги. А также в определенное время года, когда уровень стока достигает максимальных величин.

В зависимости от размеров частиц и скорости воды, при транспортировке материалов река использует следующие процессы:

Растворение – как можно предполагать, растворимый материал растворяется в реке и переносится водой – легкий груз для начала.

Образование взвеси – мелкие частицы, такие как тина, ил или пылеватый материал, находятся в виде взвеси на поверхности текущей воды и в этом состоянии переносятся водой.

Скачкообразное движение – в силу увеличения энергии реки, материал переносится вдоль по течению, с последовательным чередованием процессов образования временных взвесей и процессов отложения осадков.

Волочение – в тех случаях, когда валун слишком крупный, чтобы его можно было перенести, или течение воды слишком медленное, чтобы увлечь его, он транспортируется с помощью волочения – происходит простое перекатывание или скольжение груза по дну реки.

В действительности, материал переносится вниз по течению самыми различными способами.

Груз, который переносится с помощью волочения, например, может начать набирать скорость, столкнуться с материалом, лежащим на дне русла реки, и на короткий момент может оказаться приподнятым, превратившись во взвесь.

И, конечно же, есть шанс, что на протяжении большей части года с большей частью груза в большинстве рек ничего не будет происходить.

Для географов кривая Хельстрёма является одним из самых удивительных и информативных графиков, свидетельствующий о том, что взаимосвязь между размерами частиц и скоростью воды не такая простая, как может показаться на первый взгляд.

Эта кривая была впервые предложена шведским географом в середине ХХ века, и была создана в результате исследований, проведенных на базе искусственной реки (канала). Хельстрём вносил небольшие изменения в скорость водного потока и отмечал влияния этих изменений на донные отложения различных размеров.

На графике показаны две кривые. Верхняя отражает скорость водного потока, необходимую для того, чтобы подхватить частицы определенного размера, нижняя кривая соответствует минимальной скорости, необходимой для поддержания частиц в подвешенном состоянии в воде, то есть в виде взвеси. Отсюда следует, что частицы начнут осаждаться, если скорость течения воды в реке замедлится до уровня ниже скорости осаждения, и будут снова захватываться водным потоком, если скорость течения воды в реке сравняется со скоростью эрозии или скоростью захвата. Кажется очевидным, почему для того, чтобы крупный обломок породы был подобран или подхвачен водным потоком, необходимо, чтобы скорость этого потока была достаточно высокой. Также ясно, что, если течение воды вокруг обломка породы замедлится или сменится менее турбулентным и более медленным потоком, обломок опустится на дно. Но почему водному потоку требуется так много энергии для того, чтобы захватить мельчайшие частицы глины? В конце концов, кусочек породы меньший по размеру, чем песчинка, весит не так уж много.

Ответ и сложен, и прост одновременно. Простая часть ответа состоит в том, что мельчайшие частицы материала на дне реки склеиваются так плотно друг к другу, что воде очень сложно проникнуть между ними и поднять их со дна. Сложная часть ответа заключается в том, что глина имеет слоистую текстуру, так как она состоит из мицелл или микрокристаллов. Глинистые частицы заряжены отрицательно и возможно именно этот заряд способствует удерживанию частиц на дне реки, так что для их захвата со дна требуется дальнейшее увеличение скорости водного потока. Будучи подхваченными, ультра-мелкие частицы материала теоретически никогда не должны осаждаться, так как их масса столь незначительна, что для поддержания их во взвешенном состоянии требуется совсем небольшое количество энергии.

Именно материал такого размера придает ледниковым рекам их дымчатый вид и делает воды Амазонки в том месте, где она начинается, «полосатыми»: в месте слияния темных вод Риу-Негру и Солимойнс. Конечно же, тончайшие частицы не могут оставаться во взвешенном состоянии бесконечно долго, и они рано или поздно должны будут осаждаться. Именно этот материал помогает формированию рельефа и очертаний суши в устье реки.

Эта формула была предложена во 2-ой половине XIX столетия ирландским инженером Робертом Мэннингом, который пытался усовершенствовать метод определения скорости реки. С учетом того, что инженерные проекты тогда становились все более масштабными и все более смелыми, появление метода вычисления скорости речного потока имело огромное значение. В уравнении Мэннинга были воедино собраны все три фактора, влияющие на скорость течения реки:

Скорость = [площадь поперченного сечения / периметр смоченной поверхности] ^2/3 × градиент ^1/2 / n Мэннинга.

Или

Эта теоретическая модель вобрала в себя все переменные, так или иначе оказывающие влияние на скорость течения реки. Площадь поперечного сечения русла и смоченный периметр[6]6
  Смоченный периметр – часть полного периметра сечения русла, по которой жидкость соприкасается с твердой поверхностью реки или канала. – Прим. ред.


[Закрыть] указывают на эффективность формы русла, градиент соответствует силе, действующей по всей длине речного профиля, а «n» Мэннинга является показателем степени влияния размера переносимого рекой материала (неровности дна). Эта величина может быть вычислена путем выборочного обследования размеров донного материала, и в целом, чем крупнее донные наносы, тем выше значение этой величины. Таким образом, в холодных верховьях Сноудонии могут наблюдаться значения равные 0,10, тогда как у устья[7]7
  Сноудония – регион в Великобритании на севере Уэльса. – Прим. ред.


[Закрыть] рек они могут быть равны 0,02. Это отчасти объясняет, почему самые быстрые речные потоки встречаются не в верхнем течении рек. Вблизи истоков градиенты очень высоки, а донные наносы очень крупные, к тому же возникновение ряби и завихрений также способствуют здесь снижению средней скорости реки.

ЕМКОСТЬ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ РЕК

Для отражения изменений в способности реки выполнять работу используются два показателя:

емкость реки – измеряется по самому большому отдельно взятому обломку материала, который может быть захвачен речным потоком в данный момент времени;

пропускная способность реки – суммарный объем материала, который может переноситься рекой за данный период времени.