Физическая география

Земля, как и остальные планетарные шары Космоса, составлена концентрическими оболочками, которые называются геосферами. В принципе, слоистостью обладают почти все природные объекты во Вселенной. И на Земле тоже в системе органической и неорганической природы практически каждый природный объект имеет слоистое строение – как обычный камень, так и дерево. Судя по всему, слоистость является всеобъемлющей чертой структуры подавляющего большинства натуральных материальных образований.

Вещественные компоненты нашей планеты существуют в четырех агрегатных фазах: твердой, жидкой, газообразной, плазменной. В ходе анализа физико-географических особенностей эпигеосферы Земли плазменное состояние редуцируется (т. е. значимость данной фазы снижается фактически до нуля). И в таком случае мы можем утверждать, что земной шар заключает в себе твердую часть, жидкую часть и газообразную.

Твердая Земля охватывает наибольшую долю массы и объема планеты и ограничивается поверхностью земной коры (литосферы) – на суше и под водой Мирового океана.

«Твердая» Земля

Данная часть Земли составлена тремя геосферами: земной корой, мантией и ядром.

Земная кора вместе с верхней частью верхней мантии (до астеносферы), именуется литосферой. Однако очень часто под термином «литосфера» подразумевается лишь земная кора – т. е. без верхней части верхней мантии. Подобная дефиниция не является полноценной: если мы говорим непосредственно о литосфере, то надо учитывать, что в данном случае земная кора объединяется в функциональном плане с озвученной выше частью мантии, составляя с ней, по сути, единое целое – в динамическом отношении. Как раз верхняя мантия и заключает в себе основополагающие источники энергии для существования азональных процессов – внутри земной коры и соответственно на ее поверхности. Это очень важный факт для понимания тектоники Земли в ракурсе физико-географического подхода.

Строение земной коры. Кора Земли обнаруживает себя в четырех вариантах: 1 – континентальная (материковая) кора;2 – океаническая; 3 – кора переходного (промежуточного, геосинклинального) типа;4 – рифтогенная.

Континентальная кора составляет тела материков (вместе с их подводными окраинами) и соседствующих с ними континентальных островов. Из коры океанического типа состоит ложе Мирового океана. Геосинклинальная земная кора присуща переходным зонам. Данный тип специалисты, как правило, разделяют на два подтипа:  субматериковая и субокеаническая. Рифтогенная кора образует срединно-океанические хребты (СОХ).

Материковая земная кора. Она толще океанической коры – по той причине, что последний тип выделяется отсутствием «гранитного» слоя. Максимальную мощность материковая кора наращивает под горами, которые обладают мощными «корнями» и сами по себе сильно возвышаются над поверхностью Мирового океана. «Корни» гор практически зеркально воспроизводят пластику внешних эндогенных форм рельефа.

Континентальная кора Земли составлена тремя слоями: осадочным, «гранитным», «базальтовым».

Граница осадочного слоя (стратисферы) с атмосферой вкупе с почвенным слоем образуют дневную поверхность. На древних кристаллических щитах докембрийских платформ почвы практически нет (там она представлена тонким «покрывалом» горных пород четвертичного возраста – «мощностью» в несколько сантиметров). Т. е. щиты являются местами подступа к поверхности «гранитного» слоя Земли, основательно метаморфизированного и составленного горными породами докембрийского возраста, смятыми в сложные и мелкие складки. Осадочный слой содержит в себе пласты осадочных пород разного происхождения, а также возраста, кроме докембрийского. Все эти минеральные породы «выпали» осадком на земную поверхность в водной и воздушной среде, или образовались вследствие тех или иных химических процессов и накопления органических компонентов природы.

«Гранитный» слой, конечно, содержит в себе не только гранит, но и кристаллические сланцы, гнейсы и др. минеральные образования. Таким образом, он состоит из магматических и метаморфических горных пород.

При проведении различного рода исследований «базальтового» слоя ученые испытывают весомые затруднения. Самая мощная скважина не достигла пока еще и глубины 13 километров. Такого километража совершенно не хватает не то что для досконального освоения «базальтового» слоя Земли, но и даже для «гранитного».

Изучение земных толщ при помощи электромагнитных средств свидетельствует о том, что «базальтовый» слой образован породами, которые приближены по своему составу и физическим свойствам к базальтам. Они являются магматическими по своему происхождению, но намного в большей степени метаморфизированы, чем минеральные породы вышележащего (гранитного) слоя.

Базальтовый слой от мантии отделяет так называемая граница Мохо. В ее пределах фиксируется скачкообразное увеличение скорости прохождения сейсмических колебаний.

Материковая кора Земли обладает толщиной 50 километров (среднее значение). На платформенных равнинах – от 30 до 40 км, в пределах горных систем – до 70 км. Для сопоставления: кора океанического типа – от 5 до 10 км.

Толщина осадочного слоя континентальной земной коры колеблется в пределах от 0 до 25 км. Остальная мощность земной коры данного типа предоставлена «гранитному» и «базальтовому» слоям.

Мантия. Эта область в еще большей степени труднодоступна для человека, чем слои земной коры. Мантия охватывает примерно 83% объема Земли (а земная кора – всего 1%). Мантийные толщи контактируют непосредственно с земным ядром – на глубине примерно 3 тыс. километров от поверхности Земли. Всю мантию возможно разделить на верхнюю, среднюю и нижнюю. О последних двух частях сказать что-либо значительное и существенное в практическом плане не представляется возможным. Имеется гипотеза, что они существуют, находясь в кристаллическом состоянии. В верхней мантии обнаруживается разжиженная, вязкая оболочка – астеносфера; по ней дрейфуют литосферные блоки (т. н. плиты), вместе с континентальными массивами земной коры.

Ядро. Это центральная сфера «твердой» Земли. Охватывает 16% объема планеты. Ядро содержит в себе две части – внешнюю и внутреннюю. Внешнее ядро – вязкое. Внутреннее (субъядро) – твердое. Диаметр ядра – 7 тыс. километров (внутреннего ядра – 4 400 км).

Теоретически земное ядро составлено никелистым железом. Приблизительно таким же химическим составом характеризуются железные метеориты. Но есть и другая точка зрения, согласно которой ядро в целом состоит из тех же веществ, что и мантия, но составные компоненты ядра из-за высокой внутриземной плотности существуют в качественно ином состоянии – металлизированном.

Следует сказать, что температура земного ядра равна 10 000 К. Это выше, чем температура верхних слоев Солнца.

Подводя итоги, нужно заметить, что вещественное состояние «твердой» Земли попеременно изменяется – от твердого к «жидкому» и обратно: литосфера твердая, астеносфера «вязкая», нижняя мантия твердая, внешнее ядро расплавленное, внутреннее ядро твердое. По этой причине данную (твердую) часть планеты Земля имеет смысл дифференцировать на пять ступеней (стадий), которые сменяют друг друга по фазовому (агрегатному) состоянию.

Гидросфера («жидкая» Земля)

95% гидросферы занимают воды Мирового океана. По этой причине гидросферой зачастую называют исключительно океаносферу, игнорируя другие составные элементы данной оболочки – воды суши и ледниковые массивы. Такой подход является не совсем правильным, а точнее – совершенно неприемлемым. Водные объекты на суше и ледники – неотделимая часть гидросферы, потому что они обладают сформированностью, т. е. существуют в сконцентрированном состоянии, которое приобретено ими в итоге заполнения какого-либо углубления в грунте либо в подземной емкости, а также в ходе замерзания воды и уплотнения снега (ледники).

По существу, вода находится во всех земных средах – в атмосфере, в горных породах, в органическом материале. Воздушную влагу определяют в качестве рассеянной гидросферы, грунтовую – погребенной гидросферы; а воду, присутствующую в растениях и животных, называют биостромной гидросферой. Но данные составляющие невозможно причислить к гидросфере в полной мере, и одна из причин этого заключается в том, что такая вода находится в рассеянном или связанном состоянии. Хотя подобное представление в любом случае является очень условным, и существует оно только для того, чтобы при изучении природы Земли не испытывать определенные трудности.

Гидросферу невозможно поделить на отчетливые сферы, как «твердую» часть земного шара. В состав гидросферы включены Мировой океан вкупе с морским льдом (подвижным и неподвижным), воды суши (наземные и грунтовые, включая поверхностный и подземный лед) и собственно ледники (покровные, горные).

Атмосфера («газообразная» Земля)

Атмосфера – наружная оболочка Земли (эписфера), которая почти на 100 % (99,99 %) состоит из различных газов.

Данная сфера Земли резко начинается там, где минеральные породы земной коры и вода гидросферных объектов выходят к солнечному свету. Никаких долгих и мягких переходов между твердой землей, водой и воздухом нигде не обнаруживается: по отношению друг к другу эти три среды чересчур контрастны (по критерию агрегатного статуса).

Воздух, находящийся в полостях грунта (в пещерах и пр.), либо вообще не причисляют к атмосфере в принципе, либо относят его к «погребенной» атмосфере.

Широко распространена в научном мире дифференциация атмосферы на слои, определяемая по изменению температурного фона воздушной среды с увеличением высоты. Менее популярна дифференциация атмосферы на слои, устанавливаемая по трансформации газового состава, который с высотой так же претерпевает определенное преобразование, как в целом и другие характеристики воздушной среды (и вообще всякой среды в природе).

Таким образом, атмосферу по первому пункту (изменение температуры) возможно поделить на пять слоев: тропосферу стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Тропосфера по-другому именуется климатосферой: климат создается в границах данного слоя, напрямую контактирующего с дневной поверхностью. В высоких широтах тропосфера обладает мощностью 10-12 километров, в тропико-экваториальном пространстве доходит до высоты 16 километров. Температурный фон понижается с возрастанием высоты (0,6° С на каждые 100 метров). Выше тропосферы находится переходный слой – тропопауза, «изолирующий» тропосферу от вышележащего слоя – стратосферы. Температура в пределах тропопаузы составляет от -56 до -80° С.

В стратосфере понижение температуры уже происходит в очень умеренном режиме, а иногда вообще не наблюдается. В верхней части данного слоя температура среды начинает постепенно повышаться, и в самом верху приближается к нулю. Выше лежит стратопауза – промежуточный слой между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера распространяется в сторону космического пространства, начиная от высоты 50 километров от поверхности Земли, и достигает высоты 95 километров. Температура в этом слое понижается (0,3° С на каждые 100 метров). Мезосфера ограничивается мезопаузой, после которой начинается термосфера, слой, внутри которого температура опять постепенно повышается по вертикали – из-за поглощения кислородом ультрафиолетовых лучей.

Выше термосферы находится экзосфера – внешняя оболочка, которую, по сути, можно отнести уже к межпланетному пространству с фрагментами атмосферы.

По трансформации газового состава атмосфера Земли делится всего на два слоя: гомосферу и гетеросферу.

Гомосфера протягивается по вертикали до высотной отметки 100 км от земной поверхности, и ее газовый состав почти не изменяется.

Выше 100 километров – т. е. в гетеросфере – на газы влияет излучение Солнца и Космоса, разлагающее молекулы газов на атомы. Таким образом, в этом слое газовый состав атмосферы испытывает кардинальное преобразование. Во время распада молекул возникают ионы, создающие вместе с нейтральными молекулами ионизированную плазму. Всё пространство земной атмосферы, содержащее эту плазму, именуется ионосферой. Верхний предел ионосферы достигает высоты 500 км от поверхности Земли.

На высоте 20-25 км находится «добавочный» слой – озоносфера. Он насыщен озоном, не пропускающим к земной поверхности пагубную для всех растений и животных, а также человека, часть излучения, идущего от Солнца. В наши дни фиксируется уменьшение мощности озоновой прослойки – по причине усиленных производственных выбросов токсических веществ в воздушную среду. Если истощение озонового экрана продолжится, то это откроет доступ ультрафиолету с длиной волн менее 0,29 мкм. Такая ситуация в конечном счете приведет к уничтожению биосферы.

Подчиненные сферы

Помимо всех перечисленных выше геосфер (литосфера, гидросфера, атмосфера), на Земле существуют еще подчиненные оболочки: педосфера (почвосфера), биосфера и образование, вызывающее наибольшее количество споров в научном мире, – географическая оболочка.

Географическая оболочка

Начальные сведения. Географическая оболочка (эпигеосфера) – наиболее масштабное образование на планете Земля. Ее вертикальные границы определяются глубиной максимального взаимного проникновения всех геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы).

Другой подход к определению вертикальных рубежей эпигеосферы заключается в сопоставлении границ этой оболочки с границами биосферы, поскольку живое вещество считается как раз тем пространственным критерием, по которому в ландшафтоведении определяют пределы ландшафтов любого уровня (ранга).

Ландшафтом в физической географии, по мнению многих, является земное пространство, в пределах которого может существовать и существует жизнь – поскольку развитие любой территории на земной поверхности направлено на создание и поддержание именно жизни. Все связи между компонентами природы, устанавливаемые в процессе развития, сосредоточены именно на этом – чтобы создать приемлемую и комфортную среду для живых организмов. Другое дело, что не каждому участку это удается – в связи с неблагоприятными внешними обстоятельствами, в основном с губительными для всего живого климатическими условиями (вспомним тропические пустыни в Африке и Азии, а также ледяные панцири Антарктиды и Гренландии).

Живые организмы, конечно, не просто существуют, базируясь на неживых компонентах окружающей среды. Со временем они, объединяясь, сами начинают создавать свои системы, что способствует дальнейшему развитию природы и полному завершению всех ландшафтообразующих циклов, направленных на то, чтобы, как мы уже отметили, организовать наиболее подходящие условия для жизни и дальнейшего полноценного развития высокоразвитых форм биоматерии.

Поэтому можно сказать, что вертикальные пределы географической оболочки совпадают с вертикальными границами биосферы – области распространения жизни. Но с другой стороны, мы не можем говорить о том, что более глубокие связи между геосферами Земли, за пределами непосредственно биосферы, не важны. Всякое взаимодействие земных оболочек направлено, в конечном счете, на пользу биосфере.

Таким образом, границы эпигеосферы – это чрезвычайно сложное понятие, с которым сопряжены многочисленные дискуссии. Порой, под сомнение ставится даже само наличие географической оболочки как таковой (по крайней мере, в том виде, в каком она представлена в научных трудах), поскольку, как считают некоторые исследователи, вся Земля представляет собой взаимосвязанную систему: в гипотетическом ракурсе охлаждение земного ядра до критических значений, например, привело бы к глобальной катастрофе и уничтожению всякой активности на нашей планете. Так же и сдвиг земной оси спровоцировал бы те или иные непоправимые экологические последствия.

И это правда. Вся планета Земля представляет собой одно целое – от центра ядра до верхнего предела атмосферы…