Влияние поверхностных вод на формирование экосистемы

Там, где теплые течения глубоко проникают в умеренные и приполярные широты, их влияние на климат сказывается особенно ярко. Хорошо известно смягчающее влияние Гольфстрима, Северо-Атлантического течения и его ветвей на климат Европы, течения Куросио -- на климатические условия северной части Тихого океана. Следует отметить большее значение в этом отношении Северо-Атлантического течения, чем Куросио, так как Северо-Атлантическое течение проникает почти на 40° севернее Куросио.

Резкие различия в климате создаются в том случае, если берега континентов или океанов омываются холодными и теплыми течениями. Так, например, восточное побережье Канады находится под влиянием холодного Лабрадорского течения, западное же побережье Европы омывается теплыми водами Северо-Атлантического течения. В результате в зоне между 55 и 70° с. ш. продолжительность безморозного периода на побережье Канады менее 60 дней, на европейском - 150-210 дней. Ярким примером воздействия течений на климатические и погодные условия служит Чилийско-Перуанское холодное течение, температура вод которого на 8-10° ниже окружающих вод Тихого океана. Над холодными водами этого течения воздушные массы, охлаждаясь, образуют сплошной покров слоисто-кучевых облаков, в результате на побережье Чили и Перу наблюдаются сплошная облачность и отсутствие осадков. Юго-восточный пассат создает в этом районе сгон, т. е. отход от берега поверхностных вод и подъем холодных глубинных вод. Когда побережье Перу находится только под воздействием этого холодного течения, этот период характеризуется отсутствием тропических штормов, дождей и гроз, а летом, особенно при усилении идущего навстречу теплого прибрежного течения Эль-Ниньо, здесь наблюдаются тропические штормы, разрушительной силы грозы, ливни, размывающие почву, жилые постройки, дамбы, насыпи.

Пульсации океанических течений, меандрирование и смещение их осей к югу или северу оказывают существенное влияние на климат прибрежных районов. Одновременными наблюдениями за распределением температуры в пределах таких крупномасштабных потоков, как Гольфстрим и Куросио, обнаружены извилины (меандры), имеющие волнообразный характер. Они напоминают меандры рек и в виде сгущения изотерм в оси главного потока перемещаются вместе с течением. Например, смещение оси Куросио к югу и северу достигает 350 миль между 34 и 40° с. ш. Положение фронтов Куросио - Ойясио, Гольфстрим - Лабрадорское и других течений испытывает полумесячные, месячные, полугодовые, годовые и многолетние колебания. В связи с этим наблюдаются колебания климатологических и метеорологических факторов на побережьях близлежащих материков. Погодные условия Японии связывают с колебаниями фронта Куросио, климатические условия Курильской гряды, о. Хоккайдо и севера о. Хонсю находятся под влиянием холодного течения Ойясио.

2.17 Оледенение и климат

Облик природной среды определяется климатом - результирующей процессов в атмосфере, океане и на поверхности суши, достаточно постоянной (условно на протяжении 20-30 лет) для любого района земного шара. Оледенение тоже продукт климата, но, раз возникнув, оно само становится мощным фактором формирования и изменения климата.

В формировании климата участвуют деятельные массы звеньев атмосферы, океана и суши. Океан здесь - наиболее инерционное звено, хотя происходящие в нем процессы служат главным источником климатических изменений. В планетарной системе атмосфера - океан - суша - оледенение снега и льды играют особую роль, так как представляют собой наиболее изменчивый компонент, то расширяя и увеличивая высоту суши, то вызывая разрастание океана. Кроме того, они обладают сильными обратными связями, вызывающими охлаждение климата в период разрастания оледенения и потепление при его убывании.

Теплота фазовых превращений природных льдов составляет около 35% всего внешнего теплооборота Земли как планеты, не считая отражаемой энергии. Выделение теплоты кристаллизации при формировании атмосферного льда, перенос льда к земной поверхности и в более низкие широты, сопровождаемый поглощением теплоты таяния, служат мощными факторами перераспределения тепла на Земле.

Посмотрим теперь, как влияют на климат ледники и ледниковые покровы. Они оказывают возмущающее воздействие на атмосферу: возникает слой инверсии, который тем мощнее и устойчивее, чем больше и холоднее ледники. Из-за высокого альбедо поверхности и, как правило, отрицательных значений температуры поверхности снега и льда, а также больших затрат тепла на таяние льда структура теплового баланса ледников приобретает своеобразный характер. Крупные колебания ледников вызывают изменения уровня океана и холодных течений, тем самым оказывая влияние на климат через океан.

Ледниковый покров, подобный Гренландскому (он имеет площадь около 1,8 млн. км², длину около 2000 км, ширину около 800 км и высоту ледораздела приблизительно 3000 м над уровнем моря), может разрушить циклоны средних размеров, но не способен погасить самые мощные. И действительно, траектории циклонов нередко пересекают Гренландский ледниковый покров, хотя их повторяемость над покровом меньше, чем над окружающими морями и сушей.

Влияние ледникового покрова на энергетику атмосферы характеризуют следующие соотношения. Годовой радиационный баланс в среднем для всего Гренландского ледникового покрова отрицателен - 4,9*10¹⁷ кДж/год, а на таяние Гренландского ледника ежегодно затрачивается еще 0,7*10¹⁷ кДж тепла. Тепловые затраты на поддержание постоянной средней годовой температуры льда должны пополняться эквивалентным теплом 5,6-10 17 кДж/год, приходящим к Гренландии из низких широт. Если принять среднюю скорость переноса воздушных масс в нижних слоях тропосферы над Гренландским ледниковым покровом равной 10 м/с, а пути отдельных частиц воздуха над ледником оценить в 1000 км, то окажется, что за год над покровом сменяется примерно 200 объемов воздуха. Сопоставляя это количество воздуха с приведенными выше затратами тепла, приходим к выводу, что Гренландский ледниковый покров выхолаживает в среднем на 1° слой воздуха толщиной 1500 м. Но в действительности выхолаживание часто достигает 5°, и оно захватывает лишь 300 м.

По мере уменьшения ледников их охлаждающее влияние уменьшается. Новоземельский ледниковый покров охлаждает над собой на 3° слой воздуха в 70 м, отдельный горный ледник длиной в несколько километров - на 2° слой в 75 м, а вся ледниковая система, например, Большого Кавказа, охлаждает над горной страной на 1° 50-метровый слой воздуха. В относительно сухих районах ледники испаряют влагу и увлажняют атмосферу, а в более влажных влага конденсируется на поверхности ледников и атмосфера иссушается.

Особенно сильно воздействует на климат огромный Антарктический ледниковый покров. Здесь формируется ледниковый антициклон, т. е. область повышенного давления над покровным ледником. Глубокие циклоны могут, хоть и изредка, проникать в центральные части ледниковых покровов, что отмечается на всех внутриконтинентальных антарктических станциях.

В результате крутого подъема поверхности на периферии ледниковых щитов она охлаждается примерно на 6° на каждый километр, а из-за выпуклой формы щитов осадки усиливаются на их периферии и ослабляются на внутренних плато. В результате Антарктида «живет» в основном своим краем, где выпадает основная масса осадков, лед движется быстрее всего, интенсивно откалываются айсберги. Разрастание ледниковых щитов на первоначальном этапе их истории увеличивает снежность, что, в свою очередь, способствует их росту. Однако после того как щит достиг определенных размеров, его дальнейший рост вызывает уменьшение снежности из-за отклонения путей циклонов, что в конечном счете замедляет и прекращает разрастание ледникового щита. Это один из механизмов, ограничивавших беспредельный рост оледенения в прошлом.

Высокое альбедо снежно-ледниковых поверхностей перестраивает радиационный баланс системы Земля - атмосфера. По сравнению со средним альбедо земной поверхности отраженная в космос солнечная радиация увеличена над материковыми ледниковыми покровами в 3,5 раза, над фирновыми областями горных ледников в 2 раза, над островными ледниковыми покровами на 1/3, а над языками горных ледников на 1/5. Роль ледников в радиационном балансе существенно зависит от условий облачности.

Добавим к этому, что затраты тепла на ежегодное таяние всего накопленного за год снега и льда составляют почти 6*10¹⁸ кДж, или около 0,2% поглощаемой Землей солнечной радиации. А затраты тепла океаном на таяние айсбергов и абразию ледяных берегов почти 1017 кДж/год, что соизмеримо с тепловым стоком/ рек в океан.

Таким образом, снега и льды охлаждают климат в планетарном масштабе. В основном из-за наличия огромного ледяного материка в южнополярной области южное полушарие Земли на 2,2° холоднее северного. Гренландский ледниковый покров совместно с Восточно-Гренландским холодным течением поддерживает круглогодичное существование исландского минимума давления, другой же известный минимум давления - алеутский, расположенный в стороне от ледниковых покровов, носит сезонный характер. Круглогодичный минимум давления атмосферы сохраняется и вокруг другого континентального ледникового покрова - Антарктического. Это отражается на всем механизме атмосферной циркуляции.

Чем меньше ледник, тем менее заметным становится его климатическое влияние. Но даже на отдельных небольших ледниках почти всегда изменяется температура в приземном слое воздуха при переходе с ледниковой на каменную поверхность, и наоборот. Это так называемый температурный скачок, который зависит от многих условий: размеров ледника, заснеженности ледника и склонов, температуры воздуха, нагрева скал, зависящего от интенсивности солнечной радиации, т. е. облачности и широты места. На большинстве ледников температурный скачок составляет 1 - 2°.

Заключение

Благодаря специфическим физическим свойствам воды она на Земле широко распространена и в твердом, и в жидком, и в газообразном состоянии, образуя ледники, океан и водные объекты суши, подземные воды, влагу в атмосфере. Отмеченное во многом и определяет географический облик земного шара в целом.

Границы гидросферы и биосферы практически совпадают. Размещение организмов на планете в целом подчиняется климатической зональности, но существенно зависит от наличия воды и ее физико-химических свойств. Основной средой обитания животных служит океан. Растения заселяют и океан, и сушу; в последнем случае их распространение во многом определяется тремя факторами: поступлением тепла, характером почв и, что особенно важно, наличием воды. Водные объекты служат местом обитания многих организмов - гидробионтов.

Благодаря большой массе воды на поверхности Земли и особенностям ее тепловых свойств гидросфера Земли регулирует тепловые процессы, поглощая в среднем 77% поступающей к земной поверхности солнечной энергии, передавая ее затем в атмосферу в результате испарения и последующей конденсации водяного пара (84% всего радиационного баланса Земли), а также путем турбулентного теплообмена. Гидросфера, таким образом, выступает в качестве мощного нагревателя атмосферы и всей Земли. Широтная климатическая зональность земного шара - в основном следствие неравномерного поступления солнечной радиации, обусловленного сферичностью Земли и наклоном земной оси. Вместе с тем природные воды, чьи тепловые свойства зависят от распределения солнечной радиации по широтам, сами существенно влияют на перераспределение тепла в широтном направлении: с морскими течениями тепло из районов его накопления (низкие широты) переносится в районы его расходования (высокие широты), что выравнивает тепловые различия на разных широтах.

Многие свойства атмосферы - это результат воздействия на нее гидросферы. Общие закономерности распределения атмосферного давления, пассатные и муссонные ветры, облачность и другие факторы зависят от распределения суши и воды на земном шаре и различия в их нагреве. Также определяемое общей циркуляцией атмосферы перемещение воздушных масс сопровождается их трансформацией над водными объектами (нагревание, охлаждение, насыщение влагой и т. д.). Основным источником осадков на Земле служит Мировой океан.

Геоморфологический облик современной суши, да и довольно обширной прибрежной зоны океанов, без всякого сомнения, сформировался под огромным воздействием гидрологических процессов. Кроме ветровой эрозии, во всех других проявлениях экзогенных природных процессов непосредственная или косвенная роль очевидна: физико-химическое выветривание горных пород немыслимо без участия воды; эрозионно-аккумулятивные процессы на суше, абразия морских берегов, формирование дельтовых равнин и шельфа, подводных каньонов - все это результат мощного воздействия гидрологических процессов. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах изменяют горные системы, сформировавшиеся в результате эндогенных процессов. В современном рельефе суши многочисленные формы обязаны своим происхождением эрозионной, транспортирующей и аккумулирующей роли текущей воды (овраги, речные долины, русла рек и их поймы, дельтовые равнины и т. д.). Ледники также создают при своем движении специфические формы рельефа (троговые долины, морены и т.д.).

Таким образом, мы видим, какое огромное значение имеют поверхностные воды для нашей планеты. Поэтому мы должны понимать, что наше вмешательство в процессы, сформировавшиеся задолго до нашего появления, может нарушить хрупкое равновесие в действиях природных сил. Мы должны научиться разумно использовать природные ресурсы, сводить на нет наше отрицательное влияние на природные процессы, защитить их от самих себя.

Список использованной литературы

Богословский Б.Б., Самохин А.А., Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984 - 422 с.

Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. Учебник для ВУЗов по специальности «Гидрология суши». - Л.: Гидрометеоиздат, 1977 - 448 с.

Великанов М.А. Гидрология суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1964 - 404 с.

Виссмен У. и др. Введение в гидрологию. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979 - 470 стр.

Григорьев С.М. Роль воды в образовании земной коры. М.: Недра, 1971 - 263 с.

Давыдов Л.К. и др. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973 - 462 с.

Железняков Г.В. Гидрология и гидрометрия. - М.: Высшая школа, 1981 - 264 с.

Константинов А.С. Общая гидробиология. - М.: Высшая школа, 1979 - 480 с.

Константинов Н.М. Гидрология и гидрометрия. - М.: Высшая школа, 1980 - 199 с.

Котляков В.М. Снег и лед в природе Земли. - М.: Наука, 1986 -160 с.

Малхасян Э.Г., Рудич К.Н. Изменчивый лик Земли. - М.: Недра, 1987 - 140 с.

Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. - М.: Высшая школа, 1991 - 368 с.

Мишон В.М. Поверхностные воды Земли: ресурсы, использование и охрана. - Воронеж: изд-во Воронежского университета, 1996 - 220 с.

Соколов А.А. Вода: проблемы на рубеже XXI века. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

Спенглер О.А. Слово о воде. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980 - 152 с.

Субботин А.И. Ландшафт и воды. - М.: Мысль, 1976 -207 с.

Уист Р. Дж. М. де. Гидрология с основами гидрологии суши. - М.: Мир, 1969 -312 с.

Размещено на Allbest.ru