Текст книги "Основы биогеографии"

Суша и океан обладают разными запасами и набором геохимических, тепловых и других ресурсов. Например, величины радиационного баланса в океане на всех широтах больше, чем на суше в 1,1–1,6 раза. В Южном полушарии океан безраздельно господствует над сушей, а радиационный баланс в 1,3 раза больше здесь, чем в Северном полушарии, где доля океана намного скромнее. Благодаря обильному поступлению тепла из космоса, вода огромного океанского резервуара постоянно испаряется. Водяные пары аккумулируются атмосферой. Воздух имеет разную массу в зависимости от нагрева и содержания водяных паров. Давление, которое воздушная масса оказывает на Землю, называется атмосферным. Оно сильно различается в разных географических пунктах, поэтому воздушные массы регулярно и закономерно перемещаются оттуда, где давление высокое, туда, где оно ниже. Это явление носит название циркуляция атмосферы. Вместе с воздушными массами влага, выпадающая потом на Землю в виде дождя или снега (атмосферные осадки), транспортируется по земной поверхности в горизонтальном направлении на тысячи километров (рис. 30).

Кроме влаги, воздушные массы аккумулируют в себе и перемещают ещё 80 % тепла, поступающего из космоса. Одна его часть перехватывается атмосферой сразу до того, как достигнет земной поверхности, другая – после того, как будет отражена ею.

Совокупности устойчивых процессов атмосферной циркуляции с определённым балансом тепла и влаги во времени называются климатом.

При всех расхождениях мнений о классификации климатов никто из крупных исследователей не забыл выделить три главных типа: полярный, умеренный и тропический.

Рис. 30. Общая циркуляция земной атмосферы.

Полярный климат складывается вокруг Северного и Южного полюсов Земли вплоть до Полярных кругов, т. е. в полярных инсоляционных поясах. Главной приметой такого климата является слабая контрастность термических времен года при постоянно очень низких значениях температур. Радиационный баланс, т. е. разница между радиацией, поступившей из космоса и отражённой земной поверхностью обратно, составляет от 0 до 20 ккал/см²/год. Подстилающая поверхность с её вечной мерзлотой или покровом льда остаётся всегда холоднее воздуха. Суточные колебания температуры – ниже годовых. Общая площадь сплошного ледяного панциря колеблется в отрезки времени 10–25 тысяч лет. У полюсов льды есть всегда. Близ Полярных кругов вечная мерзлота почвогрунтов оттаивает всего на несколько сантиметров за 1,5–2 летних месяца.

Умеренный (медиальный) тип климата наиболее ярко проявляется в срединных частях медиальных инсоляционных поясов между 40–60° с.ш. и 42–58° ю. ш. Броской чертой этого типа климата становится чередование термических времен года под влиянием, главным образом, западно-восточного переноса воздушных масс. Радиационный баланс составляет в среднем около 30 ккал/см²/год. Годовая амплитуда температур между летом и зимой над континентами достигает 10 °C, над океанами 15 °C. Температурные контрасты сезонов года усиливаются резкими различиями увлажнения. Подстилающая поверхность остается теплее воздуха. Суточные колебания температур соразмерны с годовыми.

Экваториальный (тропический) тип климата характерен для одноименного инсоляционного пояса на территории между Северным и Южным тропиками Земного шара. Своеобразие ему придаёт отсутствие термических времён года при очень высоких температурах в течение всего года. Радиационный баланс равен 80 ккал/см²/год. Суточные колебания температур – больше годовых. Сезоны года выражены только благодаря колебаниям увлажнения.

Пространства с определённым типом климата имеют обычно более-менее строгое простирание вдоль параллелей по всему периметру Земного шара и, по сути дела, совпадают с системой инсоляционных поясов. Внутри поясов пространственная конфигурация конкретных климатов определяется аккумуляцией тепла и, главным образом, перераспределением атмосферной влаги с воздушными потоками, циркулирующими между сушей и океаном из-за разницы атмосферного давления.

Итоговое увлажнение той или иной территории определяется разницей между количеством выпадающих дождей, снега и испарением воды. При этом имеет значение не столько абсолютные величины обоих параметров, сколько их отношение. Поэтому даже при небольших количествах атмосферных осадков, но слабом испарении, территория может быть сильно переувлажнена и наоборот.

В соответствии со степенью увлажнения выделяют категорию климатических областей. Климатический режим гляцильных областей (от лат. glacia – лед) определяется в первую очередь ледяной подстилающей поверхностью. Гумидные области (от лат. humidus – влажный) возникают там, где климатические условия диктуются разницей испарения и осадков в пользу последних при значениях от 0 до 2000 мм/год. Аридные области (от лат. aridus – сухой) складываются на территориях с разницей испарения и осадков в пользу испарения при значениях от 2400 до 0 мм/год. В океане выделяются области с маритно-литоральным (от лат. maritus – морской) и маритно-абиссальным климатами (рис. 31).

В рамках любого инсоляционного пояса, как правило, формируются как маритные, так и гумидные, аридные климатические области, которые территориально вписываются в контуры определенных геоморфологических элементов.

Контуры областей с отмеченными вариантами климата, в отличие от зональных типов, не всегда имеют сплошное или строго широтное простирание даже в рамках одного континента. Очертания контуров климатических областей часто не соответствуют никаким геометрическим формам, и поэтому не заслуживают права именоваться широтными подзонами (рис. 31).

Рис. 31. Карта разности осадков и испаряемости, в миллиметрах (Географический атлас, 1982):

I – менее -2400, 2 – от -2400 до -1600, 3 – от -1600 до -800, 4 – от -800 до -400, 5 – от -400 до 0, 6 – от 0 до 400, 7 – от 400 до 800, 8 – от 800 до 1600, 9 – от 1600 до 2000,10 – более 2000,

II – горные области.

В пределах экваториального инсоляционного пояса сухопутная территория Южно-американско-атлантического бассейна занята, главным образом, гумидной климатической областью, охватывающей терраакватории рек Амазонки, Ориноко, Токантоне. А вот бассейн реки Сан-Франсиску относится к аридной климатической области. Сухопутная экваториальная часть Афро-атлантического бассейна Африканского кратона в низовьях реки Нигер и в терраакватории реки Конго относится к области гумидного климата. Здесь, в условиях ветрового затишья, происходит интенсивная конвекция воздушных масс с образованием кучевых облаков, задерживающих инсоляцию и мощно аккумулирующих влагу. Из них в условиях низкого атмосферного давления, устойчиво приуроченного к приэкваториальной полосе Земли, тут же на месте и часто выпадают обильные дожди (до 3000 мм в год). Узкую кромку берега Гвинейского залива, буквально купающуюся в осадках (5 тыс. мм/год), относят к области гипергумидного климата. Остальная суша экваториальной Африки принадлежит к аридной климатической области. При этом степень аридности сильно отличается в разных частях области. Вся экваториальная часть Индийского кратона тоже относится к аридной климатической области, за исключением узкой береговой полоски на юго-западе полуострова Индостан и острова Цейлон.

Гумидный климат характерен для Китайско-индийского и Китайско-тихоокеанского бассейнов Китайского кратона. Северная экваториальная часть Австралийского кратона занята аридной климатической областью, а вся площадь крупного острова Новая Гвинея этого же кратона – гумидной областью.

Экваториальная часть Тихоокеанского и Наска кратонов целиком относятся к маритно-абиссальной и маритно-литоральной климатическим областям, за исключением узкой полосы западного берега Южной Америки, омываемого течением Эль-Ниньо, способствующего формированию там аридной климатической области, где выпадает менее 50 мм осадков в год, а испаряется с открытой водной поверхности в десять раз больше (пустыня Атакама).

В рамках нотмедиального инсоляционного пояса почти везде господствует аридный климат, кроме юго-западного побережья Южной Америки, где климат относится к гумидному варианту.

В бореомедиальном инсоляционном поясе территория внутриматериковых водосборно-стоковых бассейнов имеет максимально выраженный аридный климат в условиях максимального на Земле потока суммарной солнечной радиации. Температуры воздуха достигают здесь 60 °C, что способствует максимальному испарению крайне немногочисленных атмосферных осадков. Крупные по площади области гумидного климата приурочены к Лавразийско-атлантическому (Лабрадорский полуостров и южный берег Гудзонова залива) и Лавразийско-ледовитоморскому бассейнам. В остальной медиальной части Лавразийско-атлантического бассейна на терраакватории рек Миссисипи и Рио-Гранде господствует аридный климат. Территория Афро-средиземноморского и Европейско-понтийско-каспийско-аральского внутренних бассейнов имеют аридный климат.

Территория внутриконтинентального Китайско-таримско-гобийского бассейна занята аридной климатической областью. Восточная часть Китайского кратона – гумидной. Там погоду делают влажные ветры муссоны, дующие с Тихого океана.

Суша бореополярного инсоляционного пояса делится между гумидной и маритной климатическими областями.

Акватория Ледовитого океана и большая часть островной суши имеют гляциальный климат.

Каждый из отмеченных климатических режимов имеет градации по степени выраженности. Соответственно бывают супер-, эу-, суб– (от лат. super – сверх; ей – собственно, полностью; sub – под) гляцильные, гумидные, аридные и маритные климатические режимы. Например, супергумидный климат складывается в обращённой к морю прибрежной полосе Гвинейского залива, где разница осадков и испаряемости более 2000 мм, а эугумидный (1600-800 мм) в бассейне рек Конго и Нигер; субгумидный в полосе 55–25° с. ш. Супераридный климат имеют территории пустынь Африки и Азии (Сахара, Кара-Кум, Кызыл-Кум, Гоби). Эуаридный климат характерен для полосы 50–48° с. ш. в Евразии. Субаридный климат складывается в Евразии на 51–53° северной широты (рис. 31).

В горах климатические режимы меняются с абсолютной высотой места. Гумидность климата увеличивается с высотой места: от котловин к горным склонам, от южных склонов к северным, в зависимости от положения горных хребтов на пути миграции влажных воздушных океанических масс. Наветренные склоны имеют климатический режим более гумидный, подветренные – аридный.

Климатические области в иерархии структур геоэкографии хорошо вписываются в рамки водосборно-стоковых бассейнов и геоморфологических элементов. Контуры областей складываются главным образом под влиянием общепланетарных или местных факторов, поэтому не имеют определённой формы. Их границы не являются абсолютными и линейными. Они могут меняться в геологическом времени, соответственно трендам космических или планетарных процессов. В стабильные отрезки времени границы областей флуктуируют вокруг средней.

Структура геоэкографии может быть обязана своим возникновением ещё и особенностям субстрата. Земная поверхность в разных местах сложена то массивами песков, то глин, то щебня, то илов и так далее. Особенности каждого из этих субстратов определяются не только механическим, но и химическим составом пород, почв, воды, воздуха. Соответственно, как на суше, так и в океане, в рамках геоморфологических элементов, возможно вычленение ещё и геохимических полей, представляющих собой особую среду жизни. Например, геохимики выделяют на суше территории с содовым, сульфатным, хлоридным или карбонатным засолением. Океанское дно выстилают обломочные или скальные, глинистые или илистые плащи. Зоогенные илы сильно отличаются между собой по химизму. Они могут быть на кремнистой (диатомовые илы) или известковой основе (глобигериновые и другие илы).

На равнинах даже при небольшом перепаде высот (1-10 м) изменение экографии предопределено перераспределением воды и растворенных ею химических веществ между водоразделом, склоном и депрессией рельефа. Эти три элемента геоморфологии, связанные водным стоком, образуют систему, именуемую катеной (рис. 32).

Катена (catena) по-латыни означает цепь. В зависимости от уклона поверхности, вдоль катены происходит гравитационное перераспределение влаги, поступающей с атмосферными осадками. Все позиции катены какой-либо местности получают одинаковую дозу атмосферных осадков. Однако дальнейшая судьба поступившей воды сильно отличается в разных частях катены. На ровном без уклона водоразделе (плакорная позиция – PL) вода, не испарившаяся сразу, впитывается почвой и просачивается сквозь неё в подстилающие породы, но не стекает вбок. В регионах с большим количеством осадков при наличии водоупора в почве может произойти даже заболачивание плакоров с образованием верхового болота. В низкогорье или на территориях, где водоразделы узки, плакорной позиции может не быть. Там катена начинается сразу элювиальной позицией (EL), которая из полученной, стандартной для данного региона дозы осадков, теряет часть воды с боковым стоком по поверхности почвы или внутри неё. Это самая сухая позиция катены, особенно в аридных областях Земли.

Рис. 32. Структурная схема катены (по: Мордкович и др., 1985, с дополнениями).

Позиции катены: PL – плакорная, EL – элювиальная, TR – транзитная, АС – аккумулятивная, SA – супераквальная.

Ниже элювиальной по склону размещается транзитная позиция (TR), которая помимо воды атмосферных осадков, выпадающих над ней, получает ещё влагу, стекающую с элювиальной позиции, а часто и грунтовую воду из-под почвы, если уклон поверхности небольшой, а катена заканчивается водоёмом. В результате, транзитная позиция, как правило, более увлажнена, чем элювиальная. В аридных районах она бывает нередко и засолена, если почву подстилают породы, содержащие легкорастворимые соли Na, К, Mg. Ниже по склону транзитная позиция сменяется аккумулятивной (АС). Там помимо осадков скапливаются почвенные воды, стекающие с элювиальной и транзитной позиций, а грунтовые воды оказывают влияние на весь почвенный профиль вплоть до поверхности почвы. Из-за этого аккумулятивная позиция обязательно заболочена даже в аридных регионах. При наличии водоёма на катене выделяется ещё супераквальная (SA) позиция в полосе контакта воды и суши. Она периодически заливается с поверхности прибойными, приливными, паводковыми водами, оказываясь то в сухопутном, то в подводном режиме.

Вместе с водой вдоль катены перераспределяются растворенные в воде химические вещества, отлагаясь в почвах. Например, в зоне умеренного климата на элювиальных позициях аккумулируются катионы кальция, кремния, магния; на транзитных – натрия, калия; на аккумулятивных – железа. Складывающийся градиент влаги и геохимии вторично приводит к градиентному изменению температуры почвы и припочвенного слоя воздуха.

Катены, несмотря на небольшое протяжение (1-10 км), имеют, как и многокилометровые высотно-поясные ряды условий, особое значение в общей системе гео-экографии. Те и другие обуславливают в пределах любой климатической зоны широкий диапазон местообитаний. Многие из них исключительно за счёт местных ресурсов воспроизводят экологические условия, широко распространённые на других географических широтах.

Таким образом, элювиальные, транзитные и аккумулятивные позиции катен в качестве элементов геоэкографии обеспечивают ещё один уровень дифференциации земной поверхности в пределах любой климатической области за счёт геохимических миграций.

1. Как соотносятся на земной поверхности площади воды и суши?

2. Что служит предпосылкой выделения стоково-водосборных элементов геоэкографии?

3. Каков перепад высот на земной поверхности? Какие элементы геоэкографии определяются рельефом?

4. Назовите основные климатические области.

5. Чем отличается гумидный климат от аридного?

6. Что такое катена, и какое отношение она имеет к геохимии субстрата?

Глава 7
Общая схема геоэкографии

Во всех частях Земного шара имеются свои, даже иногда очень любопытные другие части.

Козьма Прутков

Описанная структура геоэкографии образована элементами, сформированными в разное время действием разных факторов. Историческая судьба этих элементов тоже неодинакова. Чтобы среди них не запутаться и избежать субъективного выбора самых любимых, следует, прежде всего, уяснить: являются ли разные категории элементов экографии “вещами в себе” или образуют единую систему? Отличительным признаком системы служит наличие единых критериев, с помощью которых ранжируются все без исключения элементы, какими бы разными они не казались. В нашем случае такими критериями можно считать: 1) степень важности фактора для возникновения, поддержания и продолжения жизни; 2) масштаб проявления фактора в пространстве; 3) долговременность действия фактора на дифференциацию земной поверхности; 4) стабильный характер влияния фактора; 5) степень зависимости данного фактора от фактора, занимающего более высокое иерархическое положение.

Таблица 2. Иерархия факторов по влиянию на геоэкографию.

Инсоляционные пояса по всем вышеуказанным параметрам претендуют на самый первый, т. е. самый высокий ранг значимости. Вряд ли кому-нибудь придёт в голову, что без энергетической подпитки от солнца, собственно земной энергии хватило бы для зарождения и поддержания жизни. Распределяется жизнь по земной поверхности тоже в прямой зависимости от количества и качества инсоляции. Солнечные лучи “ласкают” всю земную поверхность сплошь без пропусков. Система инсоляционных поясов существует на Земле дольше, чем любые другие элементы геоэкографии, и даже чем сама жизнь. Действие инсоляции носит по сравнению с другими экологическими факторами наиболее однозначный и стабильный характер особенно в фанерозое. Наконец, инсоляция наименее зависима от других факторов. Ни один из них не может прекратить инсоляцию, а лишь слегка ограничить поглощение энергии земной поверхностью.

Тектонические элементы геоэкографии хотя и уступают по всем статьям инсоляционным, среди планетарных, безусловно, являются самыми важными для жизни. Только благодаря тектоническим процессам на Земле появилась вода, ставшая колыбелью жизни. Тектонике обязана своим появлением сухопутная арена, где жизнь достигла максимума разнообразия. Тектонические процессы, как и инсоляция, проявляются глобально. Локальные явления в астеносфере если не сразу, то со временем приводят к трансформации всей географической арены. Давность действия тектонического фактора исчисляется миллиардами и сотнями миллионов лет. Столь же долго сказываются их последствия. Прямая зависимость тектонических процессов от инсоляции не доказана. Однако конвекционные движения астеносферы, непосредственно приводящие к дифференциации географической арены на отдельные блоки, связаны гравитационно, кинетически, энергетически с положением планеты в Солнечной системе.

Изложенные обстоятельства позволяют придавать элементам геоэкографии тектонического происхождения второй после инфляционных поясов ранг значимости в иерархии территориальных выделов.

Стоково-водосборные бассейны как элементы экографии играли в возникновении жизни не столь кардинальное значение, как предыдущие элементы. Тем не менее, именно благодаря стоку вода сформировала экосистемы океана, где эволюция стартовала и “набрала высоту”. Что бы ни происходило на его территории, стоково-водосборный бассейн мало влияет на экологическую ситуацию в других бассейнах. Время существования любого бассейна гораздо меньше, чем кратона, где он расположен. Сток, предопределяя эрозию, нивелирует рельеф и автоматически ограничивает срок функционирования любого бассейна. Географическое положение и характер функционирования стоково-водосборного бассейна полностью зависят от состояния и местоположения соответствующего кратона на географической арене. Тем не менее, бассейны, как и элементы предыдущих уровней, интегрируют в себе морскую и сухопутную стихии, и поэтому заслуживают присуждения им третьего ранга значимости в иерархии элементов геоэкографии.

Геоморфологические элементы имеют ещё более частное значение, чем рассмотренные выше. Рельеф имеет лишь косвенное значение в возникновении жизни, обеспечивая формирование водных бассейнов. Однако геоморфология важна для перераспределения жизни в пространстве. Геоморфология лишь на первый взгляд производит впечатление незыблемости. На самом деле многие горные хребты и плато поднимаются или опускаются как минимум на сантиметры в год, и существенно меняется уклон поверхности. Процессы денудации и пенепленизации, землетрясения, осыпи, оползни, извержения вулканов меняют облик и характер рельефа местности до неузнаваемости. Стабильность геоморфологии сильно зависима от тектоники и динамики стоково-водосборного бассейна, которому принадлежит территория. Все сказанное не позволяет придавать элементам геоморфологии ранг выше четвёртого.

Климатические области не играли великой роли в возникновении жизни ни на суше, ни уж тем более в океане. Климатические коллизии имеют и сегодня не глобальное, а только региональное значение. Стабильность любого типа климата является понятием весьма условным, если исключить инсоляцию. Климату заведомо свойственны флуктуации в многолетней и даже сезонной динамике. Границы климатических областей весьма подвижны. Климат любой территории зависит от принадлежности к тому или иному стоково-водосборному бассейну, тектоническому элементу, инфляционному поясу. Поэтому климатическим областям подходит лишь пятый ранг значимости в иерархии элементов геоэкографии.

Геохимические факторы и сформированные ими структурные элементы географической арены играют второстепенную роль в дифференциации земной поверхности. Геохимические провинции относительно невелики по площади и нестабильны по режиму. Рассоление и засоление территории, изменение кислотности среды и другие параметры меняются, наоборот, резко и быстро в зависимости от суммы выпавших атмосферных осадков, уклона поверхности, силы и направления ветра, испаряемости и других спорадических факторов. Соответственно ранг значимости элементов геоэкографии геохимического происхождения не может быть выше шестого.

Таким образом, земная поверхность предстает не сумбурно расчленённой мозаикой, а иерархически организованной матрицей, каждая ячейка которой существует не сама по себе, а как часть общей единой системы. Такой земной порядок изначально исключал возможность равномерного распределения жизни и её однозначность. Живые организмы, имея перед собой чётко детерминированную систему абиотических условий, вынуждены были для её освоения мобилизовать весь запас адаптивных возможностей своего генофонда. Его потенции оказались подконтрольными не только генофонду, но и не в меньшей степени экографической схеме.