В зоне тундр, лесов умеренных широт и экваториальных лесов увлажнение избыточное (от 100 до 150 %).

В лесостепи и саваннах оно нормальное - немного больше или меньше 100 %, обычно от 99 до 60 %.

От лесостепи в сторону пустынь умеренных широт и от саванн к тропическим пустыням увлажнение падает; оно всюду недостаточное: в степях 60 %, в сухих степях от 60 до 30 %, в полупустынях меньше 30 % и в пустынях от 13 до 10 %.

По степени влажности зоны бывают гумидными - влажными с избыточным увлажнением и аридными - сухими с недостаточным увлажнением. Степень аридности и гумидности бывает различной и выражается соотношением осадков и испаряемости.

Засухи. В зонах лесостепей и степей, где увлажнение 100% и несколько меньше, даже незначительное уменьшение осадков приводит к засухам. Между тем изменчивость месячных сумм осадков здесь колеблется около 50--70%, а местами достигает и 90%.

Засуха -- длительный, иногда до 60--70 дней, весенний или летний период без дождей или с осадками ниже нормы и с высокой температурой. В результате иссякают запасы почвенной влаги, урожай снижается или вовсе гибнет.

Различают атмосферную и почвенную засухи. Первая характеризуется недостатком осадков, низкой влажностью и высокой температурой воздуха. Вторая выражается в иссушении почвы, приводящем к гибели растений. Почвенная засуха может быть короче атмосферной за счет весенних запасов влаги в почве или поступлении ее из грунта.

Засухи бывают в годы особенно интенсивной циркуляции атмосферы, когда на Большой континентальной оси Воейкова антициклоны устойчивы и обширны, опускающийся воздух нагревается и иссушается.

Погода и климат.

Основные атмосферные процессы - нагревание и охлаждение воздуха, циркуляция атмосферы и влагооборот, а также оптические, звуковые и электрические явления в атмосфере образуют погоду.

Погодой называется ход процессов в атмосфере в данное время. Она характеризуется следующими метеорологическими элементами: солнечная радиация (продолжительность солнечного сияния), температура воздуха и поверхности почвы, влажность, давление, ветер, облачность, осадки, снежный покров, горизонтальная видимость и другие атмосферные явления (иней, изморозь, гололедица; гроза, полярное сияние, радуга, круги и венцы около Солнца и Луны.

Если метеорологические элементы характеризовать только на срок наблюдений, то погоду можно определить как состояние атмосферы в данное время. Однако первое определение погоды как хода процессов лучше, ибо в атмосфере происходят непрерывные изменения, приводящие к смене одной погоды другой. Многолетний режим погоды, называемый климатом, определенными климатическими показателями. Так как по характеру погоды один год отличается от другого, то надежными оказываются только те климатические показатели, которые выводятся за длительный (не менее 50) ряд лет.

Определение и классификация климатов. Слово климат (точнее греч. клима) буквально означает наклон солнечных лучей к плоскости горизонта. Ученый Древней Греции первыми выделили климатические пояса. По мере расширения географических знаний и метеорологических наблюдений астрономическое определение климата наполнялось собственно географическим содержанием. В научной географической литературе имеются самые различные классификации климата.

Из классификаций климатов, созданных классической климатологией, наибольшее значение имеют следующие три: В.П. Кеппена, и Л. С. Берга и Б.П.Алисова.

В основу классификации В.П.Кеппена (1900, 1938) положены средние годовые температуры, годовое количество осадков и их распределение по сезонам года. Она согласуется с ботаническими областями и в целом с ландшафтным районированием материков. В настоящее время, когда наука уделяет огромное внимание тепловому и водному балансам, классификация Кеппена должна получить новое признание и подтверждение, поскольку она основана на ресурсах тепла и влаги.

В. П. Кеппен выделяет климатические пояса и 11 типов климатов.

Влажный тропический климат. Средняя температура самого холодного месяца не ниже 18°С.

1. Жаркий и влажный климат экваториальных лесов.

2. Климат саванн.

Сухие климаты. Средняя температура самого теплого месяца выше 10°С.

3. Климат пустынь.

4. Климат степей.

Умеренно теплые и влажные климаты. Средняя температура самого холодного месяца ниже 180 С выше - 3° С. Это значит, что граница этого пояса со стороны экватора проходит по изотерме 180 С, а со стороны полюсов - 3° С самого холодного месяца.

5.Теплые климаты с сухим летом (средиземноморские).

6. Теплые климаты с сухой зимой (китайский).

7. Теплые климаты с равномерным распределением осадков в году (западноевропейский).

Умеренно холодный климат. Температура самого теплого месяца выше 100 С, а самого холодного ниже - 3 0С.

8. С сухой зимой (восточносибирский).

9.Все месяцы достаточно увлажнены (восточноевропейский и канадский).

Снеговой климат. Температура самого теплого месяца ниже 100С, т.е. по этой изотерме проходит граница с умеренным поясом.

10. Климат тундр. Температура теплого месяца от 0 0С до

10 0С.

11. Климат вечного мороза, или ледяной. Температура самого теплого месяца ниже 0 0С.

Л. С. Берг (1925 и 1938) в основу своей классификации положил принцип географической зональности. На низинах им выделены 12 зональных типов климатов:

1) климат вечного мороза;

2) климат тундры;

3) климат тайги;

4) климат лесов умеренного пояса;

5) муссонный климат умеренных широт;

6) климат степей;

7) климат внетропических пустынь;

8) средиземноморский климат,

9) климат субтропических лесов;

10) климат тропических пустынь;

11) климат саванн;

12) климат влажных тропических лесов (экваториальных лесов).

В горах выделены климаты нагорий и плато, горных стран и отдельных гор.

Генетическая классификация климатов Б. П. Алисова

В основу генетической классификации климатов Б. П. Алисова положены географические типы воздушных масс и их циркуляция. Разделение Земли на климатические пояса связано с условиями формирования климатов, которые определяются циркуляцией воздушных масс.

В каждом полушарии выделяются четыре основных климатических пояса:

1) экваториального воздуха,

2) тропического воздуха,

3) воздуха умеренных широт,

4) арктического (антарктического) воздуха.

В каждом поясе под влиянием суши и моря формируются континентальные и морские подтипы воздушных масс и климатов. Полная система Б. П. Алисова включает следующие климаты:

I. Жаркие климаты:

1.1.Экваториальный климат жаркий и равномерно влажный. Он свойствен внутренней Амазонии, бассейну Конго (Заира) и побережью Гвинейского залива, полуострову Малакка, Зондским островам и острову Новая Гвинея.

К числу основных климатообразующих процессов относится радиационный баланс (остаточное тепло). На материках он колеблется от 2510 до 4190 МДж/м2 (60--100 ккал/см2) в год, на океанах-- от 4190 до 5010 МДж/м2 (100 - 120 ккал/см2) в год. Это меньше, чем в тропических широтах. Почти отсутствуют сезонные колебания солнечной радиации. Гораздо больше, чем остаточная радиация, воздух нагревает скрытая теплота парообразования - до 4190--5850 МДж/м2 (100 - 140 ккал/см2)в год. Этот источник тепла поддерживает равномерный ход температуры в течение года и суток.

Циркуляция атмосферы в экваториальном поясе состоит из двух звеньев: 1) конвергенции пассатов и 2) восходящих токов (вертикальной конвекции).

Взаимодействие воздушных масс тропических и экваториальной зон определяет характер влагооборота: пар поступает с двух огромных тропических зон и конденсируется в восходящих токах в сравнительно узкой приэкваториальной полосе. Естественно, что здесь выпадает большое, в среднем около 2000 мм, количество осадков. Влажность воздуха в экваториальном климате колеблется от 81 до 85%, а годовая сумма осадков составляет около 2414 мм (Сингапур).

1.2.Тропический климат. Типичный тропический климат жаркий и сухой, пустынный. Вариации взаимодействия системы «океан - атмосфера - материк» обусловливают резко выраженную западно-восточную диссимметрию тропической природы зоны.

Выделяются следующие вариации тропического климата:

1) типичные пустынные климаты свойственны центральным материковым регионам;

2) морская разновидность пустынного климата, свойственная западным берегам материков;

3) влажные тропические лесные и саванновые климаты, присущие восточным побережьям материков.

Солнечная радиация в пределах тропического климата весьма значительна: на материках 7530 - 8380 МДж/м2 в год, на океанах -- 6800 МДж/м2 (160 ккал/см2) в год. Радиационный баланс на суше ниже, чем на океанах - 2510 МДж/м2 (60 ккал/см2) в год. Это объясняется тем, что 70% и более радиационного тепла расходуется на нагревание песков пустынь и затем из-за высокого альбедо песков и безоблачного неба непроизводительно излучается за пределы Земли. Основной аккумулятор тепловой энергии - вода - здесь отсутствует. Пустыни - это то области охлаждения атмосферы и географической оболочки.

Характерна антициклональная атмосферная циркуляция. Опускающиеся воздушные массы адиабатически нагреваются и иссушаются. Высокое атмосферное давление и радиальное растекание воздуха препятствуют проникновению воздушных масс с океана в западный и центральный секторы. Система «океан - атмосфера - материк» работает не на пользу этих секторов материка. Типичные черты тропического климата - жара, большая амплитуда температуры и сухость. Большие области оконтурены изотермой июля 30° С, иногда средняя июльская температура поднимается до 36,3° (Барбара) и даже 390 С (в Долине Смерти). Зимой температура составляет 10 - 20° С. Средняя годовая амплитуда около 20° С. Гораздо больше суточная, она может достигать 40°С в воздухе и 80°С на поверхности песка. На равнинах температура иногда падает до - 5° С, а в горах Тибести до - 18° С. Осадков не только мало, но и выпадают они далеко не каждый год, часто их не бывает по нескольку лет подряд.

Климат западных окраин материков (морская разновидность пустынного климата) обусловлен холодными течениями, обратной стратификацией воздуха и пассатной циркуляцией, уносящей водяной пар от материка в океан.

В восточных регионах материков тропических поясов - на берегах Карибского моря, в восточном Индостане, в районе Рио-де-Жанейро, в Юго-Восточной Африке и Восточной Австралии -- климат влажный тропический. Сюда поступают морские воздушные массы пассатов, и осадков выпадает значительное количество. В Рио-де-Жанейро годовая сумма осадков составляет примерно 1099 мм и дожди идут в каждом месяце.

Температура воздуха выше в Рио-де-Жанейро в январе составляет 25,8°С, в июле 20,4° С.

1.3 Субэкваториальный (субэкваториальных муссонов, или саванновый) климат.

Субэкваториальный климат как бы составлен из двух самостоятельных климатических режимов: экваториального в июльскую часть года в северном полушарии и тропического в противоположных сезонах. Поэтому самая характерная его черта - резкое разделение на два сезона: сезон дождей и сухой сезон. Влажность воздуха в субэкваториальном климате составляет 70 и 87%, годовая сумма осадков 1880 мм.

Продолжительность сухого периода в субэкваториальном поясе составляет от одного месяца на границе с экваториальным климатом до 11 месяцев на границе с тропическими пустынями.

II.Субтропические климаты:

Субтропические климаты находятся между 25 и 40° с.ш. и ю.ш., в поясе субтропической переменной циркуляции. Для них характерна смена климатического режима по сезонам: летом господствует тропический воздух с высоким атмосферным давлением и стоит сухая погода, а зимой в эти широты распространяется умеренный воздух с низким давлением и среднеевропейской погодой.

Южная (в северном полушарии) граница субтропических широт обозначается южным пределом зимнего распространения умеренных воздушных масс или январским положением умеренного фронта. Северная граница субтропиков проходит по северному пределу тульского положения тропического воздуха, или Тропического максимума, или, наконец, по июльскому положению умеренного фронта. Субтропики, таким образом, нельзя считать полосой постепенного перехода от умеренных климатов к тропическим. Это - широты с характерной только для них сезонной сменой умеренного и тропического воздуха.

Суммарная солнечная радиация в субтропиках составляет 7510--5850 МДж/м2 (180--140 ккал/см2) в год, то есть близка к средней для всей Земли. Здесь нет избытка тепла, как в жарком поясе, но нет и отрицательного зимнего баланса, как в умеренном. Фактические температуры соответствуют солярным.

Циркуляция атмосферы зимой преимущественно циклопическая, часто проникают относительно холодные воздушные массы из умеренных широт.

Влагооборот характеризуется резко выраженной сезонностью: осадки выпадают зимой, лето сухое (кроме муссонных).

В субтропическом поясе северного полушария начинается наибольшее долготное простирание материков; оно вызывает долготную дифференциацию климатического пояса. Формируются три региона: западный, центральный и восточный.

Западным регионам субтропической зоны свойствен средиземноморский климат - Атлас, Южная Европа, Передняя Азия, районы Сан-Франциско, Сантьяго, Кейптауна и Юго-Западной Австралии, Южный берег Крыма, Черноморское побережье в районе города Туапсе (Россия).

Для внутриматериковых областей - восточная Турция, Иран, юг Средней Азии, Гоби, юг среднего Запада США, степи Аргентины - характерен климат сухих субтропиков. От средиземноморского он отличается нарастанием аридности и континентальности.

На восточных окраинах материков -- в среднем Китае и на Юго-Востоке США--субтропики влажные. Близок к ним климат Ла-Платы. Во все месяцы выпадают дожди: зимой за счет циклонической циркуляции воздуха на умеренном фронте (в условиях муссона с суши), летом из воздуха морского муссона.

III.Умеренные климаты:

Южная граница умеренного климатического пояса проходит по летнему пределу тропического максимума, приблизительно около 40° с.ш. и ю.ш. Северная граница совпадает с зимним положением Арктического фронта, примерно с южной границей тундры, около полярных кругов.

В умеренный пояс входят, Европа, кроме средиземноморских полуостровов, Азия к северу от линии Кара-Богаз-Гол - середина острова Хонсю и до тундровой зоны, Северная Америка от параллели устья Миссури до широты середины Гудзонова залива. В южном полушарии в умеренном климате находятся только юг Южной Америки и Южный остров Новой Зеландии.

Ограничимся характеристикой северного умеренного пояса.

Радиационный баланс в умеренном поясе снижается до 1257 и 837 МДж/м2 (30 и 20 ккал/см2) в год. Очень существенна сезонная разница радиационного режима: летом баланс около 251 МДж/м2 (6 ккал/см2) в месяц, немногим меньше тропического, а зимой он отрицательный, около 41,9 МДж/м2 (1 ккал/см2) в месяц. Зимой умеренный пояс не обходится своим радиационным теплом; большую роль играет адвекция тепла из тропических широт. Тепло переносится атмосферой и гидросферой. Основная масса его поступает на океан и периферийные территории, центральные области выхолаживаются.

В циркуляции атмосферы главное - западный перенос воздушных масс, циклоническая и антициклоническая деятельность и вторжение в средние широты как арктического, так и тропического воздуха. Все три воздушные массы -- умеренные, арктические и тропические - бывают и континентальными и морскими.

С падением радиационного тепла в умеренном поясе уменьшаются испарение и общий объем влагооборота. На большей площади умеренного пояса выпадает 500 - 400 мм осадков, территориальное их распределение характеризуется последовательным уменьшением в глубь суши. Во внутренних районах, составляющих большую часть пояса, выпадает снег и образуется устойчивый, сохраняющийся до полугода снежный покров.

В северном умеренном поясе выделяются следующие климаты:

1. Морской, или западноевропейский, или широколиственных лесов, или, наконец, климат дуба. Он характерен для Западной Европы, прибрежной полосы Северо-Западной Америки от Аляски до Сан-Франциско и для юга Чили.

2. Материковый, или климат тайги. Формируется в Евразии от Швеции до Енисея, в Америке - в лесных континентальных штатах Канады и США.

3.За Енисеем, в Восточной Сибири образуется единственная на Земле провинция резко континентального умеренного климата. Адвекция тепла и влаги с океана здесь наименьшая в силу огромных размеров Евразии. Материк зимой выхолаживается, образуется отрицательная температурная аномалия до - 22°С и создается мощный термический антициклон. Стоит безоблачная ясная малоснежная зима с морозами до - 64°С. Огромная область оконтурена изотермами января в - 30, - 36 и даже - 40° С. Осадков меньше 200 мм; снежный покров тонкий, грунт глубоко промерзает, вечная мерзлота имеет мощность от 70 до 800 м.

4.Аридный умеренный климат формируется внутри северных материков в Евразии к югу, а в Америке к западу от лесной зоны. Климат здесь постепенно меняется в сторону засушливости, леса сменяются степями, полупустынями и пустынями.

5. Муссонный климат умеренных широт, или дальневосточных лесов, типично выражен на восточной периферии Азии.

IV.Холодные климаты:

Холодным, или субарктическим (субантарктическим), или тундровым, называется климат переменной циркуляции, при которой летом господствует умеренный воздух, а зимой арктический. Холодный климат распадается на две разновидности: материковый и морской. I

1.Субарктический материковый тундровый климат присущ большим площадям полярных окраин Евразии и Северной Америки. Южная граница этого пояса проходит по 68° с.ш., то есть по изотерме 10°С, а с климатом ледовой зоны - по изотерме 00 С самого теплого месяца. Ландшафтные границы субарктического пояса совпадают с пределами тундры. Остаточная солнечная радиация в тундровой зоне в годовом выводе положительная, от 209 до 419 МДж/м2 (от 5 до 10 ккал/см2) в год. Но это только за счет двух-трех летних месяцев; большую часть года баланс отрицательный. Циркуляция атмосферы кроме уже известных перемещений арктического и умеренного воздуха заключается еще и в муссонной тенденции: зимой господствуют ветры с суши, летом преобладают ветры северных направлений. Это снижает температуру. Тепловой режим поддерживается адвекцией тепла атмосферой и гидросферой, особенно в западных районах. Лето короткое и прохладное, безморозный период меньше 90 дней, зима продолжительная и холодная: температура января от - 6° на Мурманском берегу до - 40 0 C в устье Лены. Осадков немного: от 300 мм на западе до 100 мм в Восточной Сибири. Но испарение еще меньше. Атмосферное увлажнение избыточное. Грунт охвачен вечной мерзлотой.

2.Океанический тундровый климат присущ островам: Командорским и Алеутским в северном полушарии, Кергелену, Южным Оркнейским, Южной Георгии и Фолклендским в южном. Океанический тундровый климат на островах распространяется до 500 с. ш. и ю.ш. Это обусловлено холодными течениями. Климат ровный: зима теплая, около - 3, - 40С, лето прохладное, ниже 10°С. Осадков много, 400 мм; большая, до 80--90%, облачность во все месяцы; часты туманы, воздух сырой, много дней с дождем, почти всегда ветрено.

V. Климаты вечного мороза:

Выделяются Арктический и Антарктический климаты. Основные климатические процессы в ледовых зонах существенно иные, чем в умеренных. Зимой солнечного освещения вообще нет, а летом оно круглосуточно. Снежная поверхность имеет высокое альбедо и действует па тропосферу охлаждающе.

Летом, в течение 1--2 месяцев, при незаходящем Солнце баланс положителен, 20,9 - 41.9 МДж/м2 (0 - 1,0 ккал/см2) в месяц. Остальные 10 - 11 месяцев земля только излучает. Дефицит солнечного тепла до 3350 МДж/м2 (80 ккал/см2) в год. При таком радиационном балансе основным источником атмосферного тепла служит циркуляция атмосферы и гидросферы. Она доставляет 3350 - МДж/м2 (80 - 100 ккал/см2) в год. Воздух в климатах вечного мороза обычно теплее, чем подстилающая снежная поверхность. В Антарктиде, например, температура воздуха близ снега падает до - 90 0С.

Условия адвекции тепла в Арктике и Антарктике различны. В Арктике тропосфера получает от воды непосредственно и через морской лед около 167 МДж/м2 (4 ккал/см2) в год, Антарктида лишена этого тепла.

Летом средняя температура воздуха в Арктике около 0° С, а на побережьях достигает 5° С, в Антарктиде - около - 30°, - 35° С.

В январе в центральной Арктике - 40 0С, на побережье материка 30° С, а на приатлантических островах температура поднимается до - 16°С (Шпицберген). И только над Гренландией устойчивый антициклон понижает температуру июля до - 14°, а января до - 49° С.

Климат Антарктиды - самый холодный на всей Земле. В Восточной Антарктиде, на станции Восток температура января (лето) - 32°, августа (зима) -71° С. На побережье несколько мягче: в Мирном в январе - 2°. в августе - 18°С.

Описанные зональные климаты свойственны низменностям, возвышенностям и невысоким плато. В горах климатические условия изменяются с высотой, образуя вертикальную поясность.

Изменение и развитие климата. Климат - свойство тропосферы, которая входит в географическую оболочку. Естественно поэтому, что климат изменяется вместе со всей природой поверхности Земли. Как одна из сторон природного комплекса он зависит от всех остальных компонентов географической оболочки. В то же время климатические свойства атмосферы теснейшим образом связаны с деятельностью Солнца.

Данные исторической геологии свидетельствуют о том, что климат многих территорий был существенно иным, чем теперь.

Существеннейшее значение для развития атмосферы и климатов (а также гидросферы) имело появление растений, а с ними и фотосинтеза.

В кембрии зарождается зональность климата. Этому способствовали неоднократные поднятия и опускания участков земной коры, перемещение полюсов.

В кембрии, ордовике и силуре на севере нынешней Сибири было тепло, и в морях жили коралловые полипы.

В ордовике на некоторых территориях проявляются черты аридности, в девоне они усиливаются.

В карбоне климат был теплым и влажным, благоприятным для произрастания древовидных хвощей и плаунов. Этому способствовало, вероятно, положение полюсов, богатство атмосферы СО2 и водяным паром.

В перми на материке Гондвана было оледенение, о чем говорят ископаемые морены Индии, Африки, Южной Америки, Австралии. В это же время в других районах Земли росли мощные древовидные папоротники - свидетели теплого и влажного климата без резко выраженных сезонов. В перми на территории нынешней Восточной Европы было сухо и отлагались соли, а в Казахстане влажно и тепло; повсеместно усиливается континентальность и развивается циркуляция, принципиально сходная с современной. В это же время постепенно усиливается сезонность. Границы климатических поясов и регионов становятся более четкими.

В мезозое происходили расколы и дрейф огромных блоков земной коры и дальнейшая дифференциация климатов.

Кайнозойская эра ознаменовалась тектоническими движениями альпийской складчатости. Они не только подняли горные страны, но вызвали перераспределение суши и моря. Климат Евразии и Северной Америки от теплого в палеогене изменился до ледникового в плейстоцене.

В неогене в Гренландии росли секвойи, лавры, магнолии. В Северной Европе широко были распространены лиственные леса.

В конце неогена и в антропогене теплый климат сменился холодным, началось оледенение. Оно охватило север Евразии и Северной Америки. В горах Средней Европы и Средней Азии ледники опускались ниже современных. Однако жаркого пояса похолодание не коснулось,

Климатический пессимум плейстоцена 16 - 10 тыс. лет тому назад сменился современным климатом.

Для объяснения палеоклиматических изменений предложено несколько гипотез. Наиболее убедительна из них теория мобилизма и дрейфа материков. Вздутие центра Гондваны, предшествовавшее ее расколу, подняло территорию в хионосферу и вызвало оледенение. Леса, давшие каменные угли Антарктиды, росли тогда, когда этот, материк был еще около Африки. Перемещение блоков земной коры по поверхности геоида не могло не вызвать смещения его массы относительно оси вращения. Это утверждает теллурическая гипотеза миграции полюсов. Плейстоценовое оледенение многие исследователи объясняют ослаблением переноса тепла в Арктику, вызванным, вероятно, земными факторами, ухудшившими циркуляцию воды и воздуха и Северной Атлантике. Теллурической причиной изменений климата является и увеличение содержания в воздухе СО2, который, как известно, создает «оранжерейный эффект». Увеличение количества СО2 связывают с периодами горообразования, в которые вулканическая деятельность становится особенно интенсивной. Допускается, что климат карбона был теплым по этой причине.

8. ГИДРОСФЕРА

Гидросфера - это совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Происхождение воды.

Вода - это самый распространенный на Земле минерал. Наличие воды - это космическая особенность нашей планеты. Практически все процессы в географической оболочке протекают с участием воды. Зарождение и развитие жизни также связано с водой. Вода - основа жизни.

В свете космогонической теории происхождение воды представляется следующим образом. Когда Земля по достижении примерно современной массы стала разогреваться, в мантии начались плавление и дифференциация вещества на летучие, легкоплавкие и тугоплавкие компоненты. Тугоплавкие компоненты остались в мантии, легкоплавкие в виде базальта образовали земную кору, а летучие, в их числе и водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара сформировалась водная оболочка - гидросфера. Она появилась на завершающем этапе формирования планеты Земля.

К началу палеозоя гидросфера Земли приобрела объем, близкий к современному; с тех пор он существенно не изменился. Выделение воды из мантии происходит и в настоящее время - около 1 км3 в год. Эта вода называется ювинильной.

Вода поступает и из космического пространства. Подсчитано, что за геологическое время на Землю могло выпасть 0,73 х 1020 г., или слой в 15 см. Следовательно, межпланетное пространство не может рассматриваться как прародитель воды на Земле.

Развитие гидросферы.

Водная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой. В архее в жарком климате интенсивно протекал круговорот воды по сокращенной схеме: «океан-атмосфера-океан». В то время не было зеленых растений, вода не разлагалась фотосинтезом, поступала интенсивно ювенильная вода. Объем гидросферы интенсивно увеличивался.

С протерозоя начинается рост массы живого вещества, в развитии гидросферы и атмосферы начинает активно участвовать фотосинтез, изымающий значительное количество воды. В гидросфере появились следующие два противоположно направленных процесса: поступление воды в результате дегазации мантии и изъятие ее фотосинтезом. Одновременно шло развитие материков, рост геосинклиналей, горообразование, формирование мощной коры выветривания. Эти процессы также связывали значительную массу воды и кислорода.

В палеозое литосфера Лавразии и Гондваны переживала бурное геологическое развитие, моря заливали геосинклинали и наступали на платформы, которые неоднократно то поднимались, то погружались. Земная поверхность резко дифференцировалась на материковую и океанскую. Неуклонно росла континентальная часть гидросферы: реки, озера и, особенно, подземные воды. Неоднократно значительные массы воды связывались материковыми ледниками. Это вызывало уменьшение объема океанов и поверхностных вод суши.

Одновременно увеличивалась масса зеленых растений, достигнувшая апогея в карбоне. Дифференцировались климаты и влагообороты. Непрерывно усложнялось взаимодействие в системе «океан-атмосфера-материки».

В мезозое и палеогене (ранний кайнозой) в результате расколов Лавразии и Гондваны и дрейфа блоков литосферы сформировались современные океаны. Возраст океанов различный. Например, впадина Тихого океана является древнейшей, ее дно образовано архейской литосферой. Индийский океан возник в палеозое; южная часть Атлантического океана - в мелу, а северная часть Атлантического океана - в палеогене.

В современной научной географической литературе существует несколько точек зрения относительно развития гидросферы за время, начиная с протерозоя: 1) объем гидросферы оставался постоянным, 2) объем гидросферы непрерывно увеличивался, 3) объем гидросферы постоянно уменьшался.

Гидросфера развивается непрерывно. Особого внимания заслуживает роль фотосинтеза в развитии гидросферы. Фотосинтез изымает и удерживает на некоторое время часть воды. В этом смысле фотосинтез выступает в качестве регулятора объема гидросферы. Без фотосинтеза географической оболочке угрожало бы «затопление». С другой стороны, фотосинтез доставляет в атмосферу свободный кислород. В процессе фотосинтеза безвозвратно разлагается из четырех молекул H2O только одна, а три снова образуют воду. Следовательно, из общего объема воды, идущей на фотосинтез, изымается только 25 %. За 600 млн. лет с начала появления зеленых растений это дает 16,9 млрд. км3, то есть вся свободная гидросфера прошла 12 полных циклов разложения воды. При этом 75 % (три молекулы из четырех) используемой и разлагаемой воды обратно возвращается в гидросферу. Следовательно, все природные воды на Земле являются эндогенно-биогенными.

Единство и части гидросферы.

Гидросфера состоит из Мирового океана, вод суши - рек, озер, ледников, а также подземных вод, которые залегают всюду на материках, на дне озерных и морских впадин и под толщей вечных льдов. Гидросфера, таким образом, непрерывна. В гидросферу обычно не включают парообразную и капельно-жидкую воду атмосферы, в которой одновременно содержится около 15 тыс. км3 воды (примерно 0, 001 % объема гидросферы).

Объем гидросферы приблизительно равен 1,5 млрд.км3. Главная масса природной воды сосредоточена в океанах - 1 370 322 тыс. км3 (около 94 %). Из них примерно 35 тыс. км3 приходится на айсберги. Второе место по объему занимает вода земной коры. Ее объем не поддается точному учету. Однако предполагается, что объем воды, сосредоточенный в земной коре, составляет около 170-200 млн. км3. Третье место по объему воды занимают ледники Антарктиды, Арктики и горных стран. В них сосредоточено около 24 млн. км3 пресных вод. Объем воды в ледниках составляет около 1,65 % гидросферы и около 90 % запасов пресной воды на Земле.

Поверхностные воды сосредоточивают только 0, 04 - 0,06 % вод планеты. Например, объем озерной воды оценивается в 230 тыс. км3. В реках сосредоточено всего 1,2 тыс. км3 (около 0, 00001%). Таким образом, единовременный запас пресной воды на Земле составляет около 32 млн. км3. Условно к гидросфере можно причислить воду, содержащуюся в живых организмах.

Воды гидросферы постоянно обновляются. Известно, что льды Антарктиды и Гренландии обновляются за 15 тыс. лет, подземные воды за 300 лет, озерные воды за 3,5 года, почвенные воды за 8-11 месяцев, речные воды за 12 суток.

Некоторые свойства воды в аспекте ее роли в географической оболочке.

Вода (H2O) - простейшее и устойчивое соединение водорода с кислородом.

1.Вода - единственный минерал, который в термодинамических условиях земной поверхности находится в трех состояниях - жидком, газообразном и твердом. Температура, при которой жидкая вода, пар и лед находятся в равновесии, равна + 0, 010С.

2.Максимальной плотности вода достигает при температуре 40 С. По этой причине зимой невозможна циркуляция воды в водоемах. При понижении температуры от 40С до 00 С уменьшается плотность воды. Охлажденная более легкая вода остается на поверхности, а в глубинах водоемов скапливается теплая вода с температурой 40С (точнее 3, 98 0С).

3.Вода - универсальный растворитель, она взаимодействует со всеми веществами. Универсальная растворительная способность воды обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, в том числе солевой обмен.

4.Вода имеет высокую удельную теплоемкость. Она обеспечивает поглощение большого количества тепла водоемами и их смягчающее действие на климат. При охлаждении 1 м3 воды на 10 С на один градус нагревается свыше 3 000 м3 воздуха. Стометровая толща воды при остывании на 10 С способна повысить температуру все тропосферы на 6 0 С.

5.Вода может подниматься по капиллярам, что является непременным условием почвообразования и питания растений, а следовательно, и сельскохозяйственного производства.

6.Вода самоочищается. При прохождении через грунт вода фильтруется, испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте.

Мировой океан, части Мирового океана.

Воды Мирового океана занимают около 70,8 % площади поверхности нашей планеты и играют исключительно важную роль в развитии географической оболочки. Ввиду исключительной роли Мирового океана в природе Земли принято выделение наряду с гидросферой и океаносферы.

Основными частями Мирового океана являются:

Тихий (Великий) океан,

Атлантический океан,

Индийский океан,

Северный Ледовитый океан.

Иногда выделяют также и Южный океан.

Границы океанов не всегда и не везде проходят по берегам материков, а нередко они проводятся весьма условно. Каждый океан обладает комплексом только ему присущих качеств. Для каждого из них характерна своя система течений, система приливов и отливов, специфическое распределение солености, свой температурный и ледовый режим, своя циркуляция с воздушными течениями, свои характер глубин и господствующие донные отложения.

Море - обособленная часть океана, отличающаяся своими физико-географическими, главным образом гидрологическими и климатическими особенностями. Море может находиться или между двумя материками, или вдаваться в материк, или отделяться от океана полуостровами, островами и подводным рельефом.

В зависимости от характера контакта материков и океанов моря делятся на следующие три типа:

1.Средиземные моря: располагаются между двумя материками или находятся в поясах разлома земной коры; они характеризуются сильной изрезанностью береговой линии, резким перепадом глубин, сейсмичностью и вулканизмом (например, Саргассово море, Красное море, Средиземное море, Мраморное море и др.).

2. Внутренние моря: находятся на шельфе, далеко вдаются в глубь материков; характеризуются небольшими глубинами (например, Белое море, Балтийское море, Гудзоново море и др.).

3. Окраинные моря: расположены или на шельфе или на материковом склоне, отделяются от океана или архипелагами островов или полуостровами; с океаном соединяются на широком фронте (например, Северное море, Норвежское море, Баренцево море, Карское море, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Чукотское море, море Бофорта, Баффина море, Берингово море, Охотское море, Японское море, Желтое море, Южно-Китайское море, Ирландское море, Внутреннее Японское море и др.).

Географическое положение моря во многом определяет его гидрологический режим. Внутренние моря слабо связаны с океаном, поэтому соленость их воды, течения и приливы заметно отличаются от океанских. Режим окраинных морей в сущности океанический.

Режим морей во многом определяется характером контакта материков и океанов. Существует четыре типа контакта материков и океанов:

1.Экваториальный тип. У экваториальных континентов Гондванского происхождения - у Южной Америки, Африки, Австралии, а также Аравии и Индостана - морей практически нет. Береговая линия крайне слабо изрезана, немногочисленны открытые заливы - Гвинейский, Больной Австралийский залив.

2.Северо-Атлантический тип. Северная часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан образуют многие внутренние и окраинные моря и многочисленные заливы, береговая линия сильно изрезана.

3.Восточно-Азиатский тип выражен островными дугами - Курильской, Японской, Рюкю, Филиппинской, отделяющими большие и глубокие окраинные моря.

4.Западно-Американский тип контакта характеризуется соприкосновением открытого океана с подножьем высоких и непрерывных горных систем Анд и Кордильер, идущих вдоль берега и определяющих его прямолинейность (значительная изрезанность северо-западного берега Северной Америки носит экзогенный характер).

Большая часть морей находится у северных материков, особенно у берегов Евразии.

Уровень океанов и морей

Поверхность Мирового океана геоидальна. Поверхность океана постоянно нарушается общей циркуляцией атмосферы и гидросферы: течениями, приливами, ветрами; близ берегов нарушения вызываются также и местными причинами, например стоком вод с суши. Хотя все части Мирового океана представляют собой сообщающуюся систему, но уровень этих частей е везде одинаков. Более того, этот уровень постоянно изменяется.

В изменении уровня океана в северном умеренном поясе, отличающемся мозаичностью береговой линии, наблюдаются следующие закономерности:

1.На одной и той же широте уровень океана выше у западных берегов, чем у восточных. Например, уровень воды в Кронштадте на 180 см выше, чем во Владивостоке.

2.По меридиану вдоль одного берега уровень повышается с юга на север. Например, в Белом море он на 24 см выше, чем в Балтийском. Основная причина изменения уровня заключается в переносе воды течениями, которые в средних широтах идут преимущественно с юго-запада на северо-восток (Гольфстрим, Куросио). Средние уровни морей, определяемые в отдельных точках на основе многолетних наблюдений, близки к поверхности абсолютно спокойной воды. Они принимаются за исходные при определении абсолютных высот поверхности суши и глубине морей.

Физико-химические свойства морской воды.

Океанская вода - раствор, в котором содержатся все химические элементы. Минерализация воды называется ее соленостью. Она измеряется в тысячных долях, в промилле и обозначается ‰. Средняя соленость Мирового океана составляет 34,7 ‰ (округленно 35 ‰). В одной тонне океанской воды содержится 35 кг солей, а общее их количество так велико, что если бы извлечь все соли и равномерно распределить их по поверхности материков, то образовался бы слой мощностью в 135 м.

Океанская вода может рассматриваться в качестве жидкой многоэлементной руды. Из нее добываются поваренная соль, калийные соли, магний, бром и многие другие элементы и соединения.

Минерализация воды - непременное условие зарождения жизни в океане. Именно морские воды оказываются оптимальными для большинства форм живых организмов.

Вопрос о том, какой была соленость воды на заре жизни, в какой именно воде возникло органическое вещество, решается сравнительно однозначно. Вода, выделившись из мантии, захватывала и транспортировала подвижные компоненты магмы, и в первую очередь соли. Поэтому первичные океаны были достаточно минерализованы. С другой стороны, фотосинтезом разлагается и изымается только чистая вода. Следовательно, соленость океанов неуклонно повышается. Данные исторической геологии свидетельствуют о том, что водоемы архея были солоноватыми, то есть их соленость составляла около 10-25 ‰.

Проникновение света в воду. Прозрачность и цвет морской воды.

Проникновение света в воду зависит от ее прозрачности. Прозрачность выражается числом метров, то есть глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром 30 см. Наибольшая прозрачность (67 м) наблюдалась в 1971 г. в центральной части Тихого океана. Близка к ней прозрачность Саргассова моря - 62 м по диску диаметром 30 см. Другие акватории с чистой и прозрачной водой располагаются также в тропиках и субтропиках: в Средиземном море - 60 м, в Индийском океане - 50 м. Высокая прозрачность тропических акваторий объясняется особенностями циркуляции воды в них. В морях, где количество взвешенных частиц увеличивается, прозрачность уменьшается. В Северном мое она равна 23 м, в Балтийском - 13 м, в Белом - 9 м, в Азовском - 3 м.

Прозрачность воды имеет высокое экологическое, биологическое и географическое значение: вегетация фитопланктона возможна только до глубин, на которые проникает солнечный свет. Для фотосинтеза требуется сравнительно много света, поэтому с глубин 100-150 м, редко 200 м растения исчезают. Нижняя граница фотосинтеза в Средиземном море находится на глубине находится на глубине 150 м 150 м, в Северном море - 45 м, в Балтийском море - всего 20 м.

Взаимодействие атмосферы и океаносферы.

Атмосфера и океаносфера по динамике и структуре весьма близки и образуют единую систему. Однако масса воды в океане в 300 раз больше, чем масса воздуха в атмосфере. Если бы атмосфера имела плотность воды, то толщи ее равнялись бы всего 10 м. В тепловом отношении активнее океан, а в динамическом атмосфера. Относительная высокая плотность и повышенная динамическая устойчивость воды (по сравнению с воздухом) обусловливают и более медленный по сравнению с атмосферой обмен веществами и энергией. Все это способствует стабильности общепланетарных гидрометеорологических процессов.

Взаимодействие воздушной и водной оболочек начинается с тончайшего, в несколько молекулярных диаметров, но не больше 1 мм слоя. Именно с этого слоя происходит испарение, этот слой воспринимает удары и трение воздуха, на него падают лучи. При волнении ветром срываются капли воды с растворенной в них солью. Так происходит механическое испарении. Воздушные пузырьки воды лопаются и в воздухе оказываются водяной пар и кристаллы соли. Под воздействием солнечного тепла происходит физическое испарение. От поверхности моря отрываются молекулы воды, а с ними и соль. Так в атмосферу проникают пар и аэрозоли. При солевом обмене между океаносферой и атмосферой, образно называемом солевым дыханием океана, соли не только переходят из воды в воздух, но меняется их механический состав. Речной сток восполняет убыток сульфатов в океане в процессе обмена солями в системе «океаносфера-атмосфера-суша».

Горизонтальный и вертикальный переносы масс воды в океане осуществляется циркуляционными системами различных размеров. Эти системы принято делить на микро-, мезо- и макроциркуляционные. Обращение воды обычно происходит в форме системы вихрей, которые могут быть циклоническими (масса воды движется против хода часовой стрелки и поднимается) и антициклональными (с движением воды по ходу часовой стрелки и вниз). Движения обоих родов соответствуют атмосферным и порождаются волновыми фронтальными возмущениями. Цикло-антициклоническая деятельность в тропосфере продолжается вниз, в океаносферу. Локализована же она в соответствии с атмосферными фронтами и центрами действия атмосферы.

При постоянном перемещении водных масс в одних местах они сходятся, в других расходятся. Сходимость называется конвергенцией, расходимость - дивергенцией. При конвергенции вода накапливается, уровень океана повышается, увеличивается давление и плотность воды и она опускается. При дивергенции (например, при расхождении течений) происходит понижение уровня и подъем глубинных вод.

Схождение и расхождение может быть между движущейся водной массой (например, течением) и берегом. Если в результате действия силы Кориолиса течение подходит к берегу, то возникает конвергенция и вода опускается. При удалении же течения от берега наблюдается дивергенция, в результате которой поднимается глубинная вода. Наконец, и вертикальная и горизонтальная циркуляция вызывается разностью плотностей воды.

Микроциркуляционные системы в океане имеют форму вихрей циклонического и антициклонического характера диаметром от 200 м до 30 км. Образуются они обычно вдоль волновых возмущений фронта, в глубину проникают на 30-40 м, местами до 150 м и существуют несколько суток.

Мезоциркуляционные системы представляет собой круговороты воды также циклонического и антициклонического характера диаметром от 50 до 200 км и глубиной обычно 200 - 300 км, иногда до 1 км. Они возникают на изгибах фронтов. Замкнутые круговороты воды формируются и вне связи с фронтами. Их могут вызвать ветер, неровности океанического дна или конфигурация берегов.

Макроциркуляционные системы - это квазистационарные системы планетарного обмена вод, обычно называемые океанскими течениями.

Структура Мирового океана. Вертикальная стратификация Мирового океана.

Структурой Мирового океана называется его строение - вертикальная стратификация вод, горизонтальная (географическая) поясность, характер водных масс и океанических фронтов.

В вертикальном разрезе толща воды распадается на большие слои, аналогичны слоям атмосферы. Их также называют сферами. Выделяются следующие четыре сферы (слоя):

Верхняя сфера формируется непосредственным обменом энергией и веществом с тропосферой в форме микроциркуляционных систем. Она охватывает слой в 200-300 м мощности. Эта верхняя сфера характеризуется интенсивным перемешиванием, проникновением света и значительными колебаниями температуры.

Верхняя сфера распадается на следующие частные слои:

а) самый верхний слой толщиной в несколько десятков сантиметров;

б) слой воздействия ветра глубиной 10-40 см; он участвует в волнении, реагирует на погоду;

в) слой скачка температур, в котором она резко падает от верхнего нагретого к нижнему, не затронутому волнением и не прогретому слою;

г) слой проникновения сезонной циркуляции и изменчивости температур.

Океанские течения обычно захватывают водные массы только верхней сферы.

Промежуточная сфера простирается до глубин 1 500 - 2000 м; ее воды образуются из поверхностных вод при их опускании. При этом они охлаждаются и уплотняются, а затем перемешиваются в горизонтальных направлениях, преимущественно с зональной составляющей. Преобладают горизонтальные переносы водных масс.

Глубинная сфера не доходит до дна примерно на 1 000 м. Этой сфере свойственна определенная однородность. Ее мощность составляет около 2 000 м и она концентрирует более 50 % всей воды Мирового океана.

Придонная сфера занимает самый нижний слой толщи океана и простирается на расстояние примерно 1 000 м от дна. Воды этой сферы образуются в холодных поясах, в Арктике и Антарктике и перемещаются на огромных пространствах по глубоким котловинам и желобам. Они воспринимают тепло из недр Земли и взаимодействуют с дном океана. Поэтому при своем движении они значительно трансформируются.

Водные массы и океанские фронты верхней сферы океана.

Водной массой называется сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана и обладающий в течение длительного времени почти постоянными физическими (температура, свет), химическими (газы) и биологическими (планктон) свойствами. Водная масса перемещается как единое целое. Одна масса от другой отделяется океанским фронтом.

Выделяются следующие типы водных масс:

1.Экваториальные водные массы ограничены экваториальным и субэкваториальным фронтами. Они характеризуются самой высокой в открытом океане температурой, пониженной соленостью (до 34-32 ‰) соленостью, минимальной плотностью, большим содержанием кислорода и фосфатов.

2.Тропические и субтропические водные массы создаются в областях тропических атмосферных антициклонов и ограничены со стороны умеренных поясов тропическим северным и тропическим южным фронтами, а субтропические - северным умеренным и северным южным фронтами. Они характеризуются повышенной соленостью (до 37 ‰ и более) и большой прозрачностью, бедностью питательными солями и планктоном. В экологическом отношении тропические водные массы представляет собой океанские пустыни.

3.Умеренные водные массы располагаются в умеренных широтах и ограничены со стороны полюсов арктическим и антарктическим фронтами. Они отличаются большой изменчивостью свойств как по географическим широтам, так и по сезонам года. Для умеренных водных масс характерен интенсивный обмен теплом и влагой с атмосферой.

4.Полярные водные массы Арктики и Антарктики характеризуются самой низкой температурой, наибольшей плотностью, повышенным содержанием кислорода. Воды Антарктики интенсивно погружаются в придонную сферу и снабжают ее кислородом.

Планетарная циркуляция верхней сферы океана. Океанские течения.

В соответствии с зональным распределением солнечной энергии по поверхности планеты, как в океане, так и в атмосфере создаются однотипные и генетически связанные циркуляционные системы. Старое положение о том, что океанские течения вызываются исключительно ветрами, не подтверждается новейшими научными исследованиями. Перемещение и водных, и воздушных масс определяется общей для атмосферы и гидросферы зональностью: неравномерным нагреванием и охлаждением поверхности Земли. От этого в одних районах возникают восходящие токи и убыль массы, в других - нисходящие токи и увеличение массы (воздуха или воды). Таким образом рождается импульс движения. Перенос масс - приспособление их к полю силы тяжести, стремление к равномерному распределению.

Большинство макроциркуляционных систем держится весь год. Только в северной части Индийского океана течения меняются вслед за муссонами.

Всего на Земле имеется 10 крупных циркуляционных систем:

1) Североатлантическая (Азорская) система;

2) Северотихоокеанская (Гавайская) система;

3) Южноатлантическая система;

4) Южнотихоокеанская система;

5) Июноиндийская система;

6) Экватриальная система;

7) Атлантическая (исландская) система;

8) Тихоокеанская (Алеутская) система;

9) Индийская муссонная система;

10) Антарктическая и Арктическая система.

Главные циркуляционные системы совпадают с центрами действия атмосферы. Эта общность носит генетический характер.

Поверхностное течение отклоняется от направления ветра на угол до 450 вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Так, пассатные течения идут с востока на запад, пассаты же дуют с северо-востока в северном полушарии и с юго-востока в южном полушарии. Верхний слой может следовать за ветром. Однако каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево) от направления движения вышележащего слоя. Скорость течения при этом уменьшается. На некоторой глубине течение принимает противоположное направление, что практически означает его прекращение. Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах не более 300 м.

В географической оболочке как системе более высокого, чем океаносфера, уровня - океанские течения - это не только потоки воды, но и полосы переноса воздушных масс, направления обмена веществом и энергией, пути миграции животных и растений.

Тропические антициклонические системы океанских течений самые крупные. Они простираются от одного берега океана до другого на 6-7 тыс. км в Атлантическом океане и 14-15 тыс. км в Тихом океане, а по меридиану от экватора до 400 широты, на 4-5 тыс. км. Устойчивые и мощные течения, особенно в северном полушарии, в основном замкнутые.

Как и в тропических атмосферных антициклонах, движение воды идет по часовой стрелке в северном и против часовой стрелки в южном полушарии. От восточных берегов океанов (западных берегов материка) поверхностная вода относится к экватору, на ее место поднимается из глубины (дивергенция) и компенсационно поступает из умеренных широт холодная. Так образуются холодные течения:

...