Общее землеведение

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования республики Беларусь

Учреждение образования

Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины

Кафедра географии

КУРС ЛЕКЦИЙ

Общее землеведение

Г.Н. Каропа

Гомель - 2003



Тема 1. Географическая оболочка и ее дифференциация

Общее землеведение - географическая наука, изучающая строение, развитие и пространственное расчленение географической оболочки.

Географическая оболочка - сложное комплексное образование, состоящее из ряда компонентных оболочек (литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы), между которыми происходит обмен веществом и энергией, объединяющий эти разнокачественные оболочки в новое целостное единство, в особую планетарную систему. Продуктом взаимодействия компонентных оболочек, точнее, следствием этого взаимодействия являются разнообразные формы рельефа, осадочные породы и почвы, возникновение и развитие живых организмов, в том числе человека.

Важнейшими интегральными свойствами географической оболочки являются:

1. Способность аккумулировать и трансформировать солнечную энергию.

2. Насыщенность различными видами свободной энергии, обеспечивающими многообразие протекающих в ее пределах природных процессов.

3. Способность продуцировать биомассу и служить природной средой для существования и развития человеческого общества.

Частными свойствами географической оболочки являются:

- пребывание вещества в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном;

- присутствие всех химических элементов, существующих на планете Земля;

- разнообразие форм движения вещества;

- усвоение и преобразование материи и энергии, поступающих как из внутренних частей планеты Земля, так и из Космоса, преимущественно от Солнца;

- наличие феномена жизни - живых организмов и их колоссальной энергии;

- наличие условий, делающих возможным существования человека и развитие общества.

Географическая оболочка характеризуется также определенными законами и закономерностями.

В философии и географии принято четко различать понятия «закон» и «закономерность». Закон - это, как известно, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Закономерность - совокупность законов. В географии мы имеем дело преимущественно с закономерностями, имеющими системную обусловленность.

Основными закономерностями географической оболочки являются: целостность, ритмичность, круговорот веществ и широтная зональность (высотная поясность), развитие (нарастание сложности структуры).

Остановимся на развитии географической оболочки более подробно. С философской точки зрения, развитие - это необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава и структуры. Различают следующие две формы развития: 1) эволюционное развитие (постепенность) и 2) революционное развитие (скачок). Выделяют также две линии развития: а) прогрессивное (восходящее) развитие и б) регрессивное (нисходящее) развитие.

История развития географической оболочки насчитывает несколько миллиардов лет. Возраст планеты Земля определяется величиной в 4,5-5 млрд. лет.

Отмеченные свойства и закономерности географической оболочки характеризуют ее как самостоятельную целостную систему, свойства которой не сводятся к сумме свойств слагающих ее частей. Однако целостность этой системы отнюдь не означает ее внутреннего однообразия. Напротив, она характеризуется чрезвычайно сложной структурой, являясь неоднородной как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

В вертикальном направлении географическая оболочка распадается на ряд компонентных (частных) оболочек, в каждой из которых преобладает вещество в определенном агрегатном состоянии или форме ее организации. Эта дифференциация вещества произошла в процессе развития Земли как одной из планет Солнечной системы. Вещество частных оболочек формирует различные компоненты природы: рельеф с образующими его горными породами, почвы с корой выветривания, сообщества растений и животных (биоценозы), водные и воздушные массы и т.д.

Горизонтальная неоднородность географической оболочки обусловлена прежде всего территориальной дифференциацией энергии, связанной с формой и происхождением планеты Земля: различным количеством лучистой энергии, поступающей из Мирового пространства, и внутренней энергии Земли, получаемым тем или иным участком оболочки. Она также образовалась в процессе длительного развития географической оболочки и выражается в существовании природных территориальных и природных аквальных комплексов (соответственно - ПТК и ПАК) - исторически обусловленных и территориально ограниченных закономерных сочетаний взаимосвязанных компонентов природы. Эти комплексы и являются основным объектом комплексных физико-географических исследований.

Как вертикальная, так и горизонтальная неоднородность географической оболочки возникла в процессе ее формирования и развития, но вертикальная обусловлена исключительно дифференциацией вещества, а горизонтальная связана главным образом с пространственной дифференциацией энергии. Так как подавляющая часть энергии поступает в географическую оболочку извне и подвержена значительным изменениям в пространстве и во времени, горизонтальная дифференциация менее устойчива, более динамична и постоянно усложняется в процессе эволюции географической оболочки. В результате этого в пределах географической оболочки сформировалось большое количество ПТК разной величины и различной степени сложности, как бы вложенных друг в друга и представляющих собой систему соподчиненных единиц. Определенную иерархическую лестницу, так называемую единую таксономическую систему.

Единая таксономическая система природных комплексов. В единой иерархической системе таксономических единиц намечаются три уровня организации ПТК: планетарный (глобальный), региональный и топологический (локальный), обусловленные разными закономерностями дифференциации географической оболочки на каждом из этих уровней.

Топологические (локальные) природные комплексы. Каждый более мелкий комплекс возникает и обособляется в процессе развития вмещающего его более крупного ПТК, поэтому, чем мельче комплекс, тем он моложе, тем проще устроен и тем более динамичен.

Простейшим, элементарным ПТК является фация. Основным диагностическим признаком фации служит пространственная однородность слагающих ее компонентов. Фация бладает в своих пределах одинаковой литологией слагающих пород, однообразным рельефом, получает одинаковое количество тепла и влаги на всем своем протяжении. Это обусловливает на всем ее пространстве однообразного микроклимата, а следовательно, и формирование одного коренного биоценоза. На местности фации обычно занимают часть формы микрорельефа. Примерами фаций могут служить: вершина песчаного вала на речной террасе с бором-беломошником на среднеподзолистых песчаных почвах; верхняя часть склона моренного холма северной экспозиции с ельником-зеленомошником на среднеподзолистых среднесуглинистых почвах; наклонная поверхность междуречья, сложенная покровными с дерново-слабоподзолистыми среднесуглинистыми почвами и т.д.

Обычно фации закономерно сменяют друг друга по профилю рельефа. Сочетание фаций, приуроченных к одному элементу рельефа, характеризуется некоторыми общими признаками: определенным единством и направленностью современных процессов (гравитационных, поверхностного стока, оподзоливания и т.д.), сходным гидрологическим режимом, сходством в отношении поступающей солнечной энергии и т.д. Это позволяет группировки фаций, объединенных общностью местоположения на каком-либо элементе формы мезорельефа, выделить в качестве самостоятельного, более сложного ПТК - подурочища. Примерами подурочищ могут служить группировки фаций, расположенных на склоне оврага, холма или балки, на вершинной поверхности холма или на днище балки, на поверхности поймы или надпойменной террасы и т.д.

Более сложным ПТК, представляющим собой определенную систему генетически, динамически и территориально взаимосвязанных фаций и подурочищ, является урочище. Как правило, урочища бывают четко обособлены в пространстве, т.к. каждое из них обычно целиком занимает всю форму мезорельефа. В связи с тем, что каждая форма мезорельефа служит причиной обособления занимающего ее ПТК от соседнего, в равнинных условиях каждый овраг, холм, западина, пойма, речная или озерная терраса - это не только геоморфологические образования, но и обязательно отдельные ПТК, чаще всего урочища. Урочища могут быть 1) простыми, состоящими из одних лишь фаций, и 2) сложными, в которых хотя бы один элемент рельефа занят подурочищем. Характерные сочетания закономерно повторяющихся урочищ образуют более крупные ПТК - ландшафты.

Ландшафт - это генетически однородный природный территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ. Основным диагностическим признаком ландшафта является его морфологическая структура, т.е. набор и пространственное размещение слагающих его более мелких ПТК 9морфологических единиц). Морфологическая структура ландшафта раскрывается через различные морфологические единицы, однако наиболее ярко ее выражают урочища.

Представляя собой систему взаимосвязанных сравнительно простых ПТК, ландшафт в то же время сам является составной частью более сложных ПТК и в конечном счете - частью географической оболочки.

Ландшафт, с одной стороны, венчает ряд ПТК топологического уровня, с другой - ландшафтом начинается ряд единиц регионального уровня.

Таким образом, в единой иерархической системе таксономических единиц вычленяются следующие три уровня организации ПТК: планетарный (глобальный), региональный и топологический (локальный).



Тема 2. Земля в ряду других планет

2.1 Понятие о Галактике

Земля - планета Солнечной системы. Сама же Солнечная система является частью Галактики. Галактика - это звездная система, в которую входит Солнце и его планеты.

Галактика - система Млечного пути - космическая система, включающая более 100 млрд. звезд различных типов, звездных скоплений, газовых и пылевых туманностей, отдельных атомов и частиц, газа, пыли и другого межзвездного вещества.

Большая часть компонентов Галактики занимает объем линзообразной формы. Ее поперечник составляет около 100 тысяч световых лет, а толщина в центре - около 12 тысяч световых лет. Центральная плоскость Галактики образует галактический экватор. Ядро Галактики малодоступно для наблюдения. Однако известно, что в нем находится скопление наиболее массивных звезд. Солнечная система находится далеко от центра Галактики, на расстоянии в 30 тысяч световых лет. От центральной области по галактической плоскости отходят спиральные ветви. Спиральная структура - характерное свойство нашей Галактики.

Вращение Галактики происходит вокруг оси симметрии против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира. Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 180 млн. лет. Это время называется Галактическим годом. С Галактическим годом связана ритмика некоторых явлений в географической оболочке (горообразование, движение литосферных плит и т.д.).

Галактика имеет неоднородное строение и состоит из ряда подсистем. Солнечная система - одна из подсистем Галактики - состоит из планет земной группы и планет-гигантов.



2.2 Солнце

Солнце - раскаленная звезда. Диаметр Солнца составляет 1 392 000 км. Средняя плотность - 1,41 г/см³. Солнце имеет следующий состав: 70% его массы приходится на водород, 29% - на гелий и около 1% - на все другие элементы. Солнце вращается в ту же сторону, что и вся Галактика.

Источником энергии, излучаемой Солнцем, служат ядерные реакции превращения атомов водорода в гелий, а в центре, кроме того, углеродный цикл. Температура на поверхности Солнца составляет около 6 000⁰К.

Понятие о солнечной атмосфере. Внешние слои, излучение которых мы наблюдаем, называются солнечной атмосферой. Она состоит из следующих трех слоев: 1) фотосфера, 2) хромосфера, 3) солнечная корона.

Фотосфера - это непосредственно видимая поверхность Солнца. Ее мощность составляет примерно 100-300 км. На фотосфере имеются солнечные пятна, т.е. области относительного повышения температуры.

Хромосфера - газовый слой, простирающийся до высоты 14 тыс. км. В хромосфере наблюдаются хромосферные вспышки и выбросы длительностью в несколько минут. Полагают, что температура в это время значительно выше средней. В это же время усиливается ультрафиолетовое излучение, влияющее на атмосферу и магнитное поле Земли. На краю солнечного диска наблюдаются протуберанцы - облака из святящихся раскаленных газов в виде струй и фонтанов высотой в сотни тысяч километров.

Солнечная корона - наиболее высокие слои атмосферы Солнца, которые простираются до высоты в несколько радиусов Солнца от его внешнего края. Из солнечной короны постоянно происходит радиальное истечение плазмы со скоростью 300-400 км/ сек. Распространение плазмы в межпланетное пространство называется солнечным ветром и представляет собой поток протонов и электронов. Солнечный ветер достигает и Земли, а это значит, что наша планета находится в области солнечной короны. Жизнь на Земле должна быть изолирована от губительного действия корпускулярной радиации. Защитную роль выполняет магнитосфера Земли.

Солнечная активность - совокупность физических изменений, происходящих на Солнце, - ритмически изменяется. Годы максимальной активности сменяются годами спокойного Солнца. Несомненно существование так называемого 11-летнего цикла солнечных пятен с длиной интервалов между последовательными максимумами и минимумами от 6 до 17 лет.

11-летней цикличностью обладают количество пятен, площадь факелов, частота вспышек, мощность и число протуберанцев, форма короны. Причина цикличности солнечной активности до сих пор полностью не выяснена. Однако считается, что она связана с магнетизмом Солнца. Магнитное поле Солнца, в общем довольно слабое, периодически усиливается. Причинами усиления могут быть изменения конвекционных движений внутреннего вещества в связи с неодинаковой скоростью вращения экваториальных и среднеширотных полос Солнца. Изменения солнечной активности влияют на циркуляцию земной атмосферы и тем самым на погоду и климат.

Солнце - одинарная (одиночная) звезда, а не двойная (кратная) звезда, которых в нашей Галактике очень много. Это обеспечивает одинаковое нагревание планеты во всех точках орбиты, что имеет решающее значение для теплового и светового режима Земли, для становления и развития ее биосферы.

2.3. Понятие о Солнечной системе

Солнце, девять больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), спутники планет (Луна и др.), астероиды (малые планеты), кометы, метеориты и межпланетный газ образуют Солнечную систему.

Около 99,8% массы Солнечной системы сосредоточено в Солнце. Солнечная система в общих чертах имеет такой же план строения, что и Галактика. Основные черты этого плана сводятся к следующему:

1. Все планеты находятся приблизительно в одной плоскости.

2. Обращение планет вокруг Солнца происходит в одну сторону - против часовой стрелки.

3. Размеры планет увеличиваются от начала (от Меркурия) к середине (к Юпитеру) и уменьшаются к внешнему краю системы (к Плутону).

4. Аномально мал Марс.

По своим физическим свойствам планеты Солнечной системы делятся на следующие две группы:

- планеты типа Земли - Меркурий, Венера, Земля и Марс;

- планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Вне этих групп остается Плутон - далекая, недостаточно изученная планета.

2.4 Гипотезы, объясняющие происхождение и развитие Солнечной системы

Небулярная гипотеза происхождения и развития Солнца и Солнечной системы в общих чертах была разработана выдающимся немецким философом и физико-географом И. Кантом в 1755 г. Согласно данной гипотезе, Солнце и планеты Солнечной системы образовались из некоторой разряженной, медленно вращавшейся туманности (небулы), состоявшей из газа и пыли. В центре этой туманности возникло Солнце, а на периферии - планеты. Эта теория была достаточно верной. Но на уровне науки того времени она не была детально разработанной. В 1796 и 1824 гг. французский ученый Лаплас математически доказал роль вращения в сгущении планет. Лаплас утверждал, что Солнце и другие планеты Солнечной системы образовались из горячего облака.

Космогоническая гипотеза происхождения и развития Солнца и Солнечной системы была разработана и обоснована отечественными учеными (О. Шмидт, Лебединский и др.) в 1950 г. Согласно этой теории, все тела Солнечной системы образовались из медленно вращавшегося газово-пылевого облака, в котором газ составлял свыше 90% общей массы. При движении в Галактике это протопланетное облако оказалось в таких условиях (гравитация, температура и др.), при которых нарушилось внутреннее равновесие массы облака и оно стало сжиматься. Первоначально хаотическое движение частиц стало упорядоченным, облако приобрело дискообразную и спиральную форму. В центре сконцентрировалась наибольшая масса, в ней повысилась температура и возникли ядерные реакции. Так образовалось Солнце. В меньшей периферийной массе образовались спиральные кольца, сгущение вещества которых привело к образованию планет. Полагают, что это произошло около 10 млрд. лет назад.



Тема 3. Форма и размеры земли

3.1 Земля-шар. Значение шарообразности Земли для географической оболочки

Представление о шарообразности Земли возникло в глубокой древности и обосновано в трудах таких древнегреческих философов-идеалистов, как Парменид, Платон и др. значение шарообразности Земли для географической оболочки сводится к следующему:

1. Шаровая фигура при минимальном объеме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируются центральное ядро и оболочки. Оболочечное строение Земли - одно из самых фундаментальных ее свойств. Внутри тела Земли господствуют силы тяготения, в литосфере - силы сцепления.

2. Специфическая форма каждой оболочки, в том числе географической оболочки, обусловливает бесконечность и единство географического пространства. Геологические, геофизические и географические процессы не имеют границ в первых двух измерениях (ширина и длина): для движения внутреннего вещества Земли, циркуляции океанической воды, воздушных масс и атмосферы, расселения живых организмов. Процессы географической оболочки могут быть правильно поняты только с учетом специфичности географического пространства.

3. Специфическую форму имеет и гравитационное поле Земли. Гравитационное (физическое) поле - поле, создаваемое любыми физическими объектами. Через гравитационное поле осуществляется гравитационное взаимодействие тел.

4. Солнечные лучи на шаровую поверхность падают в разных широтах под разными углами. Это создает термическое поле Земли - количество тепла от экватора к полюсам уменьшается; формируются термические пояса - жаркий, два умеренных и два холодных. Распределение тепла по земной поверхности - начальная и основная причина формирования климатов.

5. Шарообразная форма планеты обусловливает постоянное распределение ее на освещенную дневную и неосвещенную ночную половины. Вместе с вращением вокруг оси это определяет суточную ритмику теплового режима географической оболочки.

6. Сферическая форма географического пространства вместе с его вращением определяют дифференциацию географической оболочки на географические пояса и зоны.

Сферическая форма географической оболочки симметрична относительно плоскости экватора. Географические пояса северного полушария в общем зеркально повторяют соответствующие пояса южного полушария.

3.2 Земля-сфероид

Фигуры планет, в том числе Земли, создаются действием двух типов: во-первых, силами тяготения, которые формируют шаровую форму, во-вторых, силами центробежного осевого вращения, которые вызывают полярное сжатие (сплюснутость) и определяют сфероидальную форму. Величина отклонения сфероида от шара определяется скоростью вращения. Чем больше скорость вращения, тем больше полярное сжатие.

Земля по своей форме представляет собой типичный сфероид. У сфероида имеется две оси - экваториальная и полярная. Для земного сфероида в географии принято вычислять полуоси.

Экваториальный радиус Земли (большая полуось) составляет 6 378 160 км.

Полярный радиус Земли (малая полуось) - 6 356 777 км.

Экваториальное сжатие - 1: 30 000.

Отсюда выводится ряд других показателей размеров земного сфероида:

Длина меридиана - 40 068, 5 км.

Длина экватора - 40 075, 7 км.

Поверхность Земли - 510 200 600 км².

Отклонение сфероида от шара относительно невелико - всего 21, 36 км на полюсах. Для таких процессов, как распределение тепла, движения водных и воздушных масс, расселения растений и животных и др., это не имеет существенного значения и в географии могло бы не рассматриваться вообще. Но сферическая деформация отражается на тектонике земной коры и, следовательно, на рельефе.

3.3 Земля-геоид

В современной научной литературе форма Земли определяется термином «геоид», что буквально означает «форма Земли». Форма Земли сугубо индивидуальна и не совпадает ни с какой математической фигурой. Важно подчеркнуть, что в науке фигурой планеты называется не ее физическая поверхность с горами и равнинами на материках, а некоторая теоретическая - уровенная поверхность потенциала силы тяжести, то есть такая поверхность, которая всюду перпендикулярна направлению силы тяжести или отвесу. Форма Земли и определяется именно как уровенная поверхность потенциала силы тяжести или как уровень воды в спокойных океанах и в воображаемых каналах на материках.

Вывод о том, что Земля - геоид, впервые был сделан на основании градусных измерений, но только при помощи искусственных спутников Земли удалось выявить и измерить отступление геоида от математического сфероида во всех точках поверхности, в том числе и на океанах. В результате специальных научных исследований было обнаружено, что Земля слегка грушеподобна: в средних широтах южного полушария поверхность геоида несколько (до 20 м) выше сфероида, на экваторе они совпадают, а в средних широтах северного полушария геоид ниже сфероида; северный полюс приподнят на 15 м, южный опущен на 20 м, а вся Антарктида лежит на 30 м ниже эллипсоида.

Величина отступления геоида от сфероида в сравнении с размерами земного шара невелика, но она порождает внутренние напряжения в Земле, отражающиеся на локализации тектонических процессов и на рельефе.

Форма геоида объясняется прежде всего распределением в ее теле тяжелых и относительно легких горных пород, поскольку с их плотностью связно значение силы тяжести. В местах скопления тяжелых пород (например, Антарктида) поверхность фигуры отступает к центру планеты, а там, где скопились породы меньшей плотности (Северный полюс, Северный Ледовитый океан) - отступает от центра.



Тема 4. Глубинное строение Земли

4.1 Общее представление о глубинном строении Земли

Географическая оболочка взаимодействует, с одной стороны, с глубинным веществом планеты, с другой - с верхними слоями атмосферы. Таким образом, глубинное строение Земли оказывает существенное влияние на формирование географической оболочки. Термином «строение Земли» обычно обозначается ее внутреннее, то есть глубинное устройство, начиная от земной коры и до центра планеты.

Масса Земли - 5,98 х 10²⁷ г.

Средняя плотность Земли - 5,517 г/см ³.

Состав Земли. Согласно современным научным представлениям, Земля состоит из следующих химических элементов: железо - 34, 64%, кислород - 29,53%, кремний - 15,20%, магний - 12,70%, никель - 2,39%, сера - 1,93%, хром - 0,26%, марганец - 0,22%, кобальт - 0,13%, фосфор - 0,10%, калий - 0, 07% и др.

Наиболее достоверные данные о внутреннем строении Земли дают наблюдения над сейсмическими волнами, то есть колебательными движениями земного вещества, вызванными землетрясениями.

Резкое изменение скоростей сейсмических волн (фиксируемое на сейсмографах) на глубине в 70 км и 2900 км отражает скачкообразное увеличение плотности веществ на этих пределах и, следовательно, расслоение Земли на три основные оболочки, или геосферы: до глубины 70 км - земная кора, от 70 км до 2 900 км - мантия Земли, а от нее и до центра Земли - ядро. В ядре выделяются внешнее ядро и внутреннее ядро.

Земля образовалась около 5 млрд. лет назад из некоторой холодной газово-пылевой туманности. После того как масса планеты достигла современного значения (5,98х10²⁷ г) началось ее саморазогревание. Основными источниками тепла являлись следующие процессы: во-первых, гравитационное сжатие, во-вторых, радиоактивный распад. В результате развития этих процессов температура внутри Земли стала повышаться и началось плавление металлов. Так как в центре земное вещество было сильно сжато, а с поверхности охлаждалось излучением, плавление происходило главным образом на небольших глубинах. Таким образом образовался расплавленный слой, из которого силикатные материалы, как наиболее легкие, поднимались вверх, давая начало земной коре. На уровне плавления оставались металлы. Так как их плотность выше, чем недифференцированного глубинного вещества, они постепенно опускались. Это привело к формированию металлического ядра.

Ядро состоит из никилистого железа. На глубине 2 900 км (граница мантии и ядра) вещество находится в сверхтвердом состоянии вследствие огромного давления (1 370 000 атм.). Ученые предполагают, что внешнее ядро расплавлено, а внутреннее ядро находится в твердом состоянии. Ядро на 85-90% состоит из железа. Дифференциация земного вещества и выделение ядра - это самый мощный на Земле процесс и главный, первый внутренний движущий механизм развития нашей планеты.

Роль ядра в формировании магнитосферы Земли. Ядро оказывает мощное воздействие на формирование магнитосферы Земли, защищающей жизнь от губительного ультрафиолетового излучения. В электропроводящем внешнем, жидком ядре быстро вращающейся планеты происходят сложные и интенсивные движения вещества, приводящие к возбуждению магнитного поля. Магнитное поле простирается в околоземное пространство на несколько земных радиусов. Взаимодействуя с солнечным ветром, геомагнитное поле создает магнитосферу Земли. Верхняя граница магнитосферы находится на высоте около 90 тыс. км. Образование магнитосферы и изоляция земной природы от плазмы солнечной короны было первым и одним из важнейших условий зарождения жизни, развития биосферы и становления географической оболочки.

Мантия состоит преимущественно из Mg, O, FeO, SiO₂ и др., которые образуют магму. В ее состав входят вода, хлор, фтор и другие летучие вещества. В мантии непрерывно протекает процесс дифференциации вещества: вещества, облегченные удалением металлов, поднимаются в земной коре, а более тяжелые опускаются. Так в мантии возникают конвекционные токи.

Понятие об астеносфере. Верхняя часть мантии (в пределах 100- 150 км) называется астеносферой. В астеносфере сочетание температуры и давления таково, что вещество находится в расплавленном, подвижном состоянии. В астеносфере происходят не только постоянные конвекционные токи, но и горизонтальные астеносферные течения.

Скорость горизонтальных астеносферных течений достигает нескольких десятков сантиметров в год. Эти течения привели к расколу литосферы на отдельные глыбы и к их горизонтальному перемещению, известному как дрейф материков. В астеносфере находятся вулканические очаги и центры землетрясений. Над нисходящими токами образуются геосинклинали, а над восходящими - срединные океанические хребты и рифтовые зоны.

4.2 Понятие о земной коре. Гипотезы, объясняющие происхождение и развитие земной коры

Земная кора - это комплекс поверхностных слоев твердого тела Земли. В научной географической литературе нет единого представления о происхождении и путях развития земной коры.

Существует несколько концепций (гипотез), раскрывающих механизмы образования и развития земной коры, наиболее обоснованными из которых являются следующие:

1. Теория фиксизма (от лат. fixus - неподвижный, неизменный) утверждает, что материки всегда оставались на тех местах, которые они занимают в настоящее время. Данная теория отрицает всякое движение материков и крупных частей литосферы.

2. Теория мобилизма (от лат. mobilis - подвижный) доказывает, что блоки литосферы находятся в постоянном движении. Эта концепция особенно утвердилась в последние годы в связи с получением новых научных данных при исследовании дна Мирового океана.

3. Концепция роста материков за счет дна океана полагает, что первоначальные материки образовались в виде сравнительно небольших массивов, которые теперь составляют древние материковые платформы. В последствии эти массивы разрастались за счет образования гор на океаническом дне, примыкающем к краям первоначальных ядер суши. Исследование дна океанов, особенно в зоне срединно-океанических хребтов, дало основание сомневаться в правильности концепции роста материков за счет океанского дна.

4. Теория геосинклиналей утверждает, что увеличение размеров суши происходит путем образования гор в геосинклиналях. Геосинклинальный процесс, как один из основных в развитии земной коры материков, положен в основу многих современных научных объяснений процесса происхождения и развития земной коры.

5. Ротационная теория строит свое объяснение на положении о том, что поскольку фигура Земли не совпадает с поверхностью математического сфероида и перестраивается в связи с неравномерным вращением, зональные полосы и меридиональные секторы на вращающейся планете неизбежно тектонически неравнозначны. Они с разной степенью активности реагируют на тектонические напряжения, вызванные внутриземными процессами.

4.3 Океанская и материковая земная кора

Существует два основных типа земной коры: океанская и материковая. Выделяется также переходный тип земной коры.

Океанская земная кора. Мощность океанской земной коры в современную геологическую эпоху колеблется от 5 до 10 км. Она состоит из следующих трех слоев:

1) верхний тонкий слой морских осадков (мощность не более 1 км);

2) средний базальтовый слой (мощность от 1,0 до 2,5 км);

3) нижний слой габбро (мощность около 5 км).

Материковая (континентальная) земная кора. Материковая земная кора имеет более сложное строение и большую мощность, чем океанская земная кора. Ее мощность в среднем составляет 35-45 км, а в горных странах увеличивается до 70 км. Она состоит также их трех слоев, но существенно отличается от океанской:

1) нижний слой, сложенный базальтами (мощность около 20 км);

2) средний слой занимает основную толщу материковой коры и условно называется гранитным. Он сложен в основном гранитами и гнейсами. Под океаны этот слой не распространяется;

3) верхний слой - осадочный. Его мощность в среднем составляет около 3 км. В некоторых районах мощность осадков достигает 10 км (например, в Прикаспийской низменности). В отдельных районах Земли осадочный слой отсутствует вообще и на поверхность выходят гранитный слой. Такие районы называются щитами (например, Украинский щит, Балтийский щит).

На материках в результате выветривания горных пород образуется геологическая формация, получившая название коры выветривания.

Гранитный слой от базальтового отделен поверхностью Конрада, на которой скорость сейсмических волн возрастает от 6,4 до 7,6 км/ сек.

Граница между земной корой и мантией (как на материках, так и на океанах) проходит по поверхности Мохоровичича (линия Мохо). Скорость сейсмических волн на ней скачкообразно увеличивается до 8 км/ час.

Кроме двух основных типов - океанского и материкового - есть также участки смешанного (переходного) типа.

На материковых отмелях или шельфах кора имеет мощность около 25 км и в целом сходна с материковой корой. Однако в ней может выпадать слой базальта. В Восточной Азии в области островных дуг (Курильские острова, Алеутские острова, Японские острова и др.) земная кора переходного типа. Наконец, весьма сложна и пока мало изучена земная кора срединных океанических хребтов. Здесь нет границы Мохо, и вещество мантии по разломам поднимается в кору и даже на ее поверхность.

Понятие «земная кора» следует отличать от понятия «литосфера». Понятие «литосфера» является более широким, чем «земная кора». В литосферу современная наука включает не только земную кору, но и самую верхнюю мантию до астеносферы, то есть до глубины примерно около 100 км.

Понятие об изостазии. Изучение распределения силы тяжести показало, что все части земной коры - материки, горные страны, равнины - уравновешены на верхней мантии. Это уравновешенное их положение называется изостазией (от лат. isoc - ровный, stasis - положение). Изостатическое равновесие достигается благодаря тому, что мощность земной коры обратно пропорциональна ее плотности. Тяжелая океаническая кора тоньше более легкой материковой.

Изостазия - в сущности это даже и не равновесие, а стремление к равновесию, непрерывно нарушаемое и вновь восстанавливаемое. Так, например, Балтийский щит после стаивания материковых льдов плейстоценового оледенения поднимается примерно на 1 метр в столетие. Площадь Финляндии все время увеличивается за счет морского дна. Территория Нидерландов, наоборот, понижается. Нулевая линия равновесия проходит в настоящее время несколько южнее 60⁰ с.ш. Современный Санкт-Петербург находится примерно на 1,5 м выше, чем Санкт-Петербург времен Петра Первого. Как показывают данные современных научных исследований, даже тяжесть больших городов оказывается достаточной для изостатического колебания территории под ними. Следовательно, земная кора в зонах больших городов весьма подвижна. В целом же рельеф земной коры является зеркальным отражением поверхности Мохо, подошвы земной коры: возвышенным участкам соответствуют углубления в мантию, пониженным - более высокий уровень ее верхней границы. Так, под Памиром глубина поверхности Мохо составляет 65 км, а в Прикаспийской низменности - около 30 км.

Термические свойства земной коры. Суточные колебания температуры почвогрунтов распространяются на глубину 1,0-1,5 м, а годовые в умеренных широтах в странах с континентальным климатом до глубины 20-30 м. На той глубине, где прекращается влияние годовых колебаний температуры вследствие нагревания земной поверхности Солнцем, находится слой постоянной температуры грунта. Он называется изотермическим слоем. Ниже изотермического слоя вглубь Земли температура повышается, и это вызывается уже внутренней теплотой земных недр. В формировании климатов внутреннее тепло не участвует, но оно служит энергетической основой всех тектонических процессов.

Число градусов, на которое увеличивается температура на каждые 100 м глубины называется геотермическим градиентом. Расстояние в метрах, при опускании на которое температура возрастает на 1⁰С называется геотермической ступенью. Величина геотермической ступени зависит от рельефа, теплопроводности горных пород, близости вулканических очагов, циркуляции подземных вод и др. В среднем геотермическая ступень равна 33 м. В вулканических областях геотермическая ступень может быть равной всего около 5 м, а в геологически спокойных областях (например, на платформах) она может достигать 100 м.



Тема 5. Материки и океаны

5.1 Материки и части света

Двум качественно различным типам земной коры - материковому и океаническому - соответствуют два основных уровня планетарного рельефа - поверхности материков и ложе океанов.

Структурно-тектонический принцип выделения материков. Принципиально качественное различие материковой и океанической коры, а также некоторые существенные отличия в строении верхней мантии под материками и океанами обязывают выделять континенты не по видимому окружению их океанами, а по структурно-тектоническому принципу.

Структурно-тектонический принцип утверждает, что, во-первых, материк включает в себя материковую отмель (шельф) и материковый склон; во-вторых, в основе каждого материка находится ядро или древняя платформа; в-третьих, каждая материковая глыба изостатически уравновешена в верхней мантии.

С точки зрения структурно-тектонического принципа, материком называется изостатически уравновешенный массив континентальной земной коры, имеющий структурное ядро в виде древней платформы, к которому примыкают более молодые складчатые структуры.

Всего на Земле имеется шесть материков: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Антарктида и Австралия. В составе каждого материка лежит одна какая-либо платформа и только в основе Евразии их шесть: Восточноевропейская, Сибирская, Китайская, Таримская (Западный Китай, пустыня Такла-Макан), Аравийская и Индостанская. Аравийская и индостанская платформы представляют собой части древней Гондваны, примкнувшие к Евразии. Таким образом, Евразия - гетерогенный аномальный материк.

Границы между материками вполне очевидны. Граница между Северной Америкой и Южной Америкой проходит по Панамскому каналу. Граница между Евразией и Африкой проводится по Суэцкому каналу. Берингов пролив отделяет Евразию от Северной Америки.

Два ряда материков. В современной географии выделяется следующие два ряда материков:

1. Экваториальный ряд материков (Африка, Австралия и Южная Америка).

2. Северный ряд материков (Евразия и Северная Америка).

Вне этих рядов остается Антарктида - самый южный и холодный континент.

Современное расположение материков отражает длительную историю развития материковой литосферы.

Южные материки (Африка, Южная Америка, Австралия и Антарктида) представляют собой части («осколки») единого в палеозое мегаконтинента Гондваны. Северные материки в то время были объединены в другой мегаконтинент - Лавразию. Между Лавразией и Гондваной в палеозое и мезозое находилась система обширных морских бассейнов, получившая название океана Тетис. Океан Тетис протягивался от Северной Африки, через южную Европу, Кавказ, Переднюю Азию, Гималаи в Индокитай и Индонезию. В неогене (около 20 млн. лет назад) на месте этой геосинклинали возник альпийский складчатый пояс.

Соответственно своим большим размерам суперконтинет Гондвана. По закону изостазии, имел мощную (до 50 км) земную кору, которая глубоко погружалась в мантию. Под ними в астеносфере особенно интенсивными боли конвекционные токи, размягченное вещество мантии двигалось активно. Это привело сначала к образованию вздутия в средине континента, а затем к расколу его на отдельные глыбы, которые под действием тех же конвекционных токов стали горизонтально перемещаться. Как доказано математически (Л. Эйлер), перемещение контура на поверхности сферы всегда сопровождается его поворотом. Следовательно, части Гондваны не только перемещались, но и разворачивались в географическом пространстве.

Первый раскол Гондваны произошел на границе триаса и юры (около 190-195 млн. лет назад); отделилась Афро-Америка. Затем на границе юры и мела (около 135-140 млн. лет назад) Южная Америка отделилась от Африки. На границе мезозоя и кайнозоя (около 65-70 млн. лет назад) Индостанская глыба столкнулась с Азией и Антарктида отошла от Австралии. В настоящую геологическую эпоху литосфера, по мнению неомобилистов, разбита на шесть плит0блоков, которые продолжают двигаться.

Распадом Гондваны удачно объясняется форма материков, их геологическое сходство, а также история растительного покрова и животного мира южных материков.

История раскола Лавразии так тщательно, как Гондваны, не изучена.

Понятие о частях света. Кроме геологически обусловленного деления суши на континенты, существует также сложившиеся в процессе культурно-исторического развития человечества деление земной поверхности на отдельные части света. Всего насчитывается шесть частей света: Европа, Азия, Африка, Америка, Австралия с Океанией, Антарктида. На одном материке Евразии располагается две части света (Европа и Азия), а два материка западного полушария (Северная Америка и Южная Америка) образуют одну часть света - Америку.

Граница между Европой и Азией весьма условна и проводится по водораздельной линии Уральского хребта, реке Урал, северной части Каспийского моря и Кума-Манычской впадине. По Уралу и Кавказу проходят линии глубинных разломов, отделяющих Европу от Азии.

Площадь материков и океанов. Площадь суши высчитывается в пределах современной береговой линии. Площадь поверхности земного шара составляет примерно 510,2 млн. км². Около 361,06 млн. км² занимает Мировой океан, что составляет примерно 70,8% общей поверхности Земли. На сушу приходится примерно 149,02 млн. км² , что составляет около 29,2% поверхности нашей планеты.

Площадь современных материков характеризуется следующими величинами:

Евразия - 53,45 км², в том числе Азия - 43,45 млн. км², Европа - 10,0 млн. км²;

Африка - 30, 30 млн. км²;

Северная Америка - 24,25 млн. км²;

Южная Америка - 18,28 млн. км²;

Антарктида - 13,97 млн. км²;

Австралия - 7,70 млн. км ²;

Австралия с Океанией - 8,89 км².

Современные океаны имеют площадь:

Тихий океан - 179,68 млн. км²;

Атлантический океан - 93,36 млн. км²;

Индийский океан - 74,92 млн. км ²;

Северный Ледовитый океан - 13,10 млн. км²

Между северными и южными материками в соответствии с различным их происхождением и развитием имеется значительная разница в площади и характере поверхности. Основные географические различия между северными и южными материками сводятся к следующему:

1. Несравнима по величине с другими материками Евразия, которая сосредоточивает более 30% суши планеты.

2. У северных материков значителен по площади шельф. Особенно значителен шельф в Северном Ледовитом океане и Атлантическом океанах, а также в Желтом, Китайском и Беринговом морях Тихого океана. Южные материки, за исключением подводного продолжения Австралии в Арафурском море, почти лишены шельфа.

3. Большая часть южных материков приходится на древние платформы. В Северной Америке и Евразии древние платформы занимают меньшую часть общей площади, а большая часть приходится на территории, образованные палеозойским и мезозойским горообразованием. В Африке 96% ее территории приходится на платформенные участки и только 4% на горы палеозойского и мезозойского возраста. В Азии только 27% приходится на древние платформы и 77% на горы различного возраста.

4. Береговая линия южных материков, образованная большей частью трещинами раскола, относительно прямолинейна; полуостровов и материковых островов мало. Для северных же материков характерна исключительно извилистая береговая линия, обилие островов, полуостровов, часто далеко идущих в океан. Из общей площади на острова и полуострова приходится в Европе около 39%, Северной Америке - 25%, Азии - 24%, Африке - 2,1%, южной Америке - 1,1% и Австралии (без Океании) - 1,1%.

5.2 Вертикальное расчленение суши

Каждый из основных планетарных уровней - поверхности материков и океанического ложа - распадается на ряд второстепенных уровней. Формирование как основных, так и второстепенных уровней происходило в процессе длительного развития земной коры и продолжается и в настоящее время. Остановимся на современном расчленении материковой земной коры на высотные ступени. Счет ступеней ведется от уровня моря.

1. Депрессии - участки суши, лежащие ниже уровня моря. Наибольшей на Земле депрессией является южная часть Прикаспийской низменности с минимальной отметкой - 28 м. Внутри Центральной Азии находится сухая Турфанская впадина с глубиной около 154 м. Самой глубокой депрессией на Земле является котловина Мертвого моря; берега Мертвого моря лежат на 392 м ниже уровня моря. Депрессии, занятые водой, уровни которых лежат выше уровня океана, называются криптодепрессиями. Типичными примерами криптодепрессий являются озеро Байкал и Ладожское озеро. Каспийское море и Мертвое море не являются криптодепрессиями, поскольку уровень воды в них не достигает уровня океана. Площадь, занятая депрессиями (без криптодепрессий) относительно невелика и составляет около 800 тыс. км².

2. Низменности (низменные равнины) - участки суши, лежащие на высоте от 0 до 200 м над уровнем моря. Низменности многочисленны на каждом материке (за исключением Африки) и занимают значительно большую площадь, чем любая другая ступень суши. Общая площадь всех низменных равнин земного шара составляет около 48,2 млн. км².

3. Возвышенности и плато лежат на высоте от 2001 до 500 м и различаются между собой преобладающими формами рельефа: на возвышенностях рельеф пересеченный, на плато - сравнительно плоский; возвышенности над низменностями поднимаются постепенно, а плато - заметным уступом. Различаются они также между собой и геологическим строением. Площадь, занятая возвышенностями и плато, составляет около 33 млн. км².

Выше 500 м располагаются горы. Они могут иметь различное происхождение и возраст. По высоте горы подразделяются на низкие, средние и высокие.

4. Низкие горы поднимаются не выше 1 000 м. Обычно низкие горы представляют собой либо древние разрушенные горы, либо предгорья современных горных систем. Низкогорья занимают около 27 млн. км².

5. Средние горы имеют высоту от 1 000 до 2 000 м. Примерами средневысотных гор являются: Урал, Карпаты, Забайкалье, некоторые хребты Восточной Сибири и многие другие горные страны. Площадь, занятая средними горами, составляет около 24 млн. км².

6. Высокие (альпийские) горы поднимаются выше 2 000 м. Термин «альпийские горы» часто применяется по отношению только к горам кайнозойского возраста, лежащим на высоте более 3 000 м. На высокие горы приходится около 16 млн. км².

Ниже уровня океана продолжается материковая низменность, затопленная водой, - шельф, или материковая отмель. До недавнего времени по тому же условному счету, что и ступени суши, шельфом называли подводные равнины с глубинами до 200 м. Теперь границу шельфа проводят не по формально избранной изобате, а по линии фактического, геологически обусловленного окончания материковой поверхности и перехода ее к материковому склону. Поэтому шельф продолжается в океане до разных глубин в каждом море, часто превышающих 200 м и достигающих 700 и даже 1 500 м.

У внешнего края относительно плоского шельфа происходит резкий перелом поверхности к материковому склону и материковому подножью. Шельф, склон и подножье вместе образуют подводную окраину материков. Она продолжается в среднем до глубины 2 450 м.

Материки, включая их подводную окраину, занимают около 40% поверхности Земли, тогда как площадь суши составляет около 29,2% общеземной.

Каждый материк изостатически уравновешен в астеносфере. Между площадью материков, высотами их рельефа и глубиной погружения в мантию есть прямая зависимость. Чем больше площадь континента, тем больше его средняя высота и мощность литосферы. Средняя высота суши составляет 870 м. Средняя высота Азии - 950 м, Европы - 300 м, Австралии - 350 м.

Понятие о гипсометрической (батиграфической) кривой. Обобщенный профиль земной поверхности представлен гипсометрической кривой. Часть ее, относящаюся к океану, называют батиграфической кривой. Кривая строится следующим образом. Размеры площадей, лежащих на различных высотах и глубинах, снимаются с гипсометрических и батиграфических карт и откладываются в системе координатных осей: по линии ординат откладываются от 0 вверх высоты, а вниз глубины, по линии абсцисс - площади в миллионах квадратных километров.



5.3 Рельеф и строение дна Мирового океана

Средняя глубина Мирового океана - 3 794 м.

Дно Мирового океана состоит из следующих четырех планетарных морфоскульптурных форм рельефа:

1) подводная окраина материков,

2) переходные зоны,

3) ложе океана,

4) срединно-океанические хребты.

Подводная окраина материков состоит из шельфа, материкового склона, материкового подножья. Она опускается до глубины 2 450 м. Земная кора здесь имеет материковый тип. Общая площадь подводной окраины материков составляет около 81,5 млн. км². Материковый склон погружается в океан сравнительно круто, уклоны в среднем составляют около 4⁰, но иногда достигают 40⁰. Материковое подножье в структурном отношении представляет собой прогиб на границе материковой и океанической земной коры. Морфологически это аккумулятивная равнина, образованная осадками, снесенными с материкового склона.

Срединно-океанические хребты представляют собой единую и непрерывную систему, охватывающую все океаны. Специальные геофизические исследования обнаруживают повышенную тектоническую активность срединно-океанических хребтов. Они представляют собой огромные горные сооружения, достигающие в ширину 1-2 тыс. км и поднимающиеся над океаническим ложем на 3-4 тыс. км. Иногда срединно-океанические хребты возвышаются над уровнем океана и образуют многочисленные острова (остров Исландия, Азорские острова, Сейшельские острова и др.). По грандиозности они значительно превосходят горные страны материков и соизмеримы с континентами. Например, Срединно-Атлантический хребет в несколько раз больше самой большой наземной горной системы Кордильер и Анд. Однако название «хребет» к срединным океаническим образованиям применимо лишь условно.

Система срединно-океанических хребтов включает в себя следующие структуры:

- Срединно-Атлантический хребет (протягивается от Исландии вдоль всего океана до острова Тристан-да-Кунья);

- Срединно-Индийский хребет, вершины которого выражены Сейшельскими островами);

- Восточно-Тихоокеанское поднятие, идущее к югу от полуострова Калифорния.

По рельефу и особенностям тектонической активности срединно-океанические хребты бывают: 1) рифтовые и 2) нерифтовые.

...