Географічна оболонка. Кругообіг речовин. Природні комплекси

Реферат

на тему:

Географічна оболонка. Кругообіг речовин. Природні комплекси






1. Географічна оболонка, її межі, основні властивості та закономірності 

 Географічна оболонка - це оболонка Землі, в якій стикаються, взаємно проникають і взаємодіють між собою чотири природні геосфери: верхня частина літосфери, нижня частина атмосфери, гідросфера і біосфера. 

 Верхню межу географічної оболонки проводять по межі поширення життя – озоновому екрану; важче визначити нижню межу оболонки, тобто межу проникнення життя в літосферу. Вважають, що вона лежить нижче земної поверхні на кілька км. Отже, вся товщина оболонки складає 35-40 км. Географічна оболонка має комплексний характер. Раніше всередині географічної оболонки виділяли сферу діяльності людини – географічне середовище. Але за останні десятиліття діяльність людини охопила не тільки всю географічну оболонку, але й вийшла за її межі – в космос. Тому тепер один і той же об'єкт без відношення до діяльності людини називається географічною оболонкою, а по відношенню до діяльності людства – географічним середовищем. 

 Речовина географічної оболонки, як і її енергія – земного і сонячного походження. Енергетичні процеси в географічній оболонці майже виключно залежать від космічної енергії. Оскільки ця енергія майже не проникає вглиб земної кори, то з глибиною переважає уже ендогенна енергія. Речовина і енергія всіх сфер географічної оболонки поширюється наскрізно. Наприклад вода знаходиться і в атмосфері, і в літосфері, жива речовина також і т.д. 

 К.І.Геренчук (1969), відмічаючи термінологічну плутанину, дав таке визначення географічної оболонки: географічна оболонка – це матеріальна система, що утворилась на поверхні Землі внаслідок взаємодії літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери з променистою енергією Сонця і внутрішньою енергією Землі. 

 Отже, географічна оболонка найбільш широке, комплексне поняття сучасної географії. В наші дні географічна оболонка знаходиться в орбіті економічних, наукових і політичних інтересів людського суспільства (В.Б.Сочава, 1962). 

 Географічна оболонка – це своєрідна матеріальна система, що історично склалась і безперервно розвивається. Рядом своїх властивостей вона відрізняється від інших оболонок: літосфери, гідросфери та атмосфери. Основні властивості географічної оболонки такі: 1) в її межах речовина знаходиться в трьох агрегатних станах; 2) вона має два джерела енергії – космічне і телуричне, тоді як інші сфери мають одне джерело енергії; 3) вона відзначається цілісністю, тобто внутрішньою закономірною єдністю, яка проявляється в тому, що компоненти її – літосфера, гідро-, атмо- і біосфера, утворюють взаємообумовлену і взаємопроникаючу систему, в якій ті або інші зміни в одному із компонентів викликають за собою зміни в інших компонентах і навіть в цілій системі. Прикладом цілісності географічної оболонки може служити такий факт: кілька разів за останнє століття (в 1891,1925,1941 рр.) жителі Перуано-Чілійського узбережжя були свідками своєрідного природного "експерименту". Атакама, зумовлена високим атмосферним тиском та холодною Перуанською течією. Океанічні води багаті на рибу, поживою для якої служать величезні маси планктону. А розвиткові планктону сприяє великий вміст кисню у холодних водах течії. Рибні багатства живлять не тільки населення узбережжя, а й птахів (бакланів, пеліканів, кайр, гагар тощо), які утворюють величезні колонії на скелястих островах, залишаючи після себе поклади гуано – цінного азотного добрива, що є важливою статтею експорту Чілі та Перу. Але, у вищезгадані роки південно-східні пасати, що гонять Перуанську течію, послаблювались, і тоді посилювалась течія Ель-Ніньйо, що йдучи від екватора, проникала майже на 1000 км далі на південь, ніж звичайно, відтискуючи від берегів холодну перуанську течію. І тоді пустиня розцвітала, випадали рясні дощі, води стікаючи в океан, розмивали землю, поклади гуано, руйнували будівлі. Масово гинули і відлітали птахи, бо зменшилась кількість риби в океані, (риба стала обминати теплі води, бідні на кисень і планктон). Явище Ель-Ніньйо виникає нерегулярно – з інтервалом від 4 до 18 років і буває різної інтенсивності. Наприкінці 1982 початку 1983 рр. Ель-Ніньйо викликало сильні коливання клімату. Наприклад, біля берегів Північної Америки температура води підвищилась на 60. Повернула назад потужна течія Кромвела і декілька місяців вона текла не з заходу на схід, а навпаки. 

 Такі кардинальні зміни в пустелі Атакама і прилеглому побережжі сталися внаслідок послаблення пасату. 

 Відомий полярний дослідник Візе звернув увагу на те, що періоди похолодань в Арктиці і погіршення умов судноплавства в Північному Льодовитому океані призводять до підвищення рівня африканських озер – Ньяси, Вікторії, Танганьїки та ін. і навпаки в періоди потеплінь рівень цих озер знижується. 

 В антропогеновій історії Землі відомі періоди, коли великі зміни в ході природних процесів охоплювали всю земну кулю. Це були льодовикові епохи (понижувався рівень океану на 110 м) та ін 

 Географічна оболонка, як система настільки цілісна, що досить змінитися якомусь одному її компоненту, наприклад, висоті материків, як почнуть змінюватися інші компоненти: клімат, води, рослини, грунти, тваринний світ та ін. Таким чином, в основі цілісності географічної оболонки лежить обмін речовин і енергії між літо-, гідро-, атмо- і біосферою в смузі стикання цих геосфер, тобто в межах географічної оболонки. Речовинний і енергетичний обмін між сферами проявляється в багатьох формах: 1. Вся товща осадових порід земної кори утворилась за рахунок переважно осадження речовини з океанічних, морських, озерних та річкових вод, випадання її з атмосфери і за рахунок відмерлих організмів (орг. вапняки, трепели, вугілля, торф, нафта). 2. Різноманітні солі і хімічні елементи розчинені у водах гідросфери, походять переважно з літосфери, частково з атмо- і біосфери. 3. Сучасний склад атмосфери майже цілком обумовлений діяльністю рослин, випаровуванням води з гідро- і літосфери і надходженням пилу з літосфери. 4. Рослинні і тваринні організми своїм речовим складом та процесами нерозривно пов'язані з літо-, гідро- і атмосферою. Отже, географічна оболонка є сфера безпосереднього стикання, обміну і взаємопроникнення літо-, гідро-, атмо- та біосфери. 

 Ритмічні явища в географічній оболонці. 

 Повторюваність в часі комплексу явищ, що розвиваються в одному напрямі називається ритмом. Існують ритми періодичні і циклічні. Ритми однакової тривалості – це періоди. Наприклад, час обертання Землі навколо осі, Сонця. Ритми перемінної тривалості називаються циклами. Ритмів багато, тривалість їх різна і походження неоднакове. 

 Ця ритміка спостерігається у всіх сферах географічної оболонки зокрема, і оскільки вони між собою пов'язані, то зміна ритміки в одній із сфер веде до зміни в інших. 

 Ритми та цикли в літосфері. 

 Циклічність у будові товщ гірських порід була встановлена ще в XIX столітті. В даний час встановлено, що ритмічність і циклічність в товщах гірських порід пов'язана з космічними процесами. 

 Добре простежується ритміка в флішевих товщах порід, де шари різної товщини ритмічно чергуються тисячі разів. У флішевих товщах виділяються ритми:

Шари

Час накопичення, тис.років

2-10 см

0.45-0.65

14-40 см

1.7-2.5

60-150 см

7-9

2.5-3 м

25

10-15 м

100-150



 Навіть на дні Сакського озера (Крим) до глибини 6,5 м від поверхні дна було виявлено 4200 парних річних прошарків – один темніший – інший світліший. Або залізисті кварцити (КМА, Кривий Ріг), солі (NaCl і KCl), де спостерігаються 15-40-річні ритми, що очевидно пов'язано з кліматичними змінами. В них же виявлена і більша вікова ритміка (100-170 р.), що зумовлено періодичним поступанням в соленосний басейн значних об'ємів води, які опріснювали басейн. Це могло залежати від коливання рівня моря. Ритмічність спостерігається у вапняках і мергелях, де чергуються прошарки чистої породи з прошарками з домішками. Така ритміка пов'язана із сезонними змінами умов осадження. 

 Ритміка в породах спостерігається як у відносно молодих, так і в дуже древніх, яким сотні мільйонів років. Чергування прошарків підпорядковується певним закономірностям – чітко виявляються 11-річні ритми. Іноді відмічаються і більші ритми – 35-річні, 100-річні. Періодичні зміни через однакові проміжки часу в деревному стволі, колонії коралів та озерних відкладів наводить на думку, що спільною причиною тут могла бути зміна клімату (тобто зміна сухих і вологих, теплих і холодних сезонів, років і багатолітніх періодів). 

 Циклічність порід була вперше відмічена у вугленосних товщах. Тепер загальновідомо, що вугленосні товщі побудовані циклічно. Тобто, комплекс відкладів від морських через континентальні і знову до морських – називається циклом осадконакопичення. Цикли можуть бути прості, з відносно невеликим "набором" відкладів і складні, де на фоні загального напряму зміни обстановок існують окремі відхилення, що тимчасово порушують цю загальну тенденцію в зміні умов осадконагромадження. 

 Як причина циклічності в даний час більшістю вчених розглядаються тектонічні рухи, нерівномірні в часі, тобто формування вугленосних циклів відбувається внаслідок чергування повільних піднять і плавних опускань території, на фоні загального її опускання. 

 Спостерігається циклічність у морських відкладах, зокрема у вапняках, гіпсах, нафтоносних, вулканогенно-осадових та інших. 

 Крім таких циклів існують ще мезоцикли і цикли більші аж до дуже великих, час формування яких вимірюється десятками і навіть сотнями мільйонів років. Було відмічено, що великі цикли осадконакопичення виявляються не тільки зміною порід, але й у співвідношенні кількості уламкового матеріалу, в зміні мінерального складу та інше. 

 Існує ще більша періодичність планетарного значення, де повторення елементів відбувається через десятки і сотні мільйонів років. Виявлені хвилі великих трансгресій і регресій. Тривалість таких циклів досягає 20-35 мільйонів років, а ще більших – 200 мільйонів років. Була відмічена послідовність великих етапів горотворення, пов'язаних з інтенсивними тектонічними рухами. 

 Циклічність – процес, що розвивається не по колу, а по спіралі, бо кожен виток відбувається на новому рівні на фоні загального розвитку і руху дальше. Група "витків" утворює цикл наступного порядку. 

 Г.Ф.Лунгерсгаузен встановив епохи великих зледенінь Землі, відділені одна від одної інтервалами часу 200 млн. р. З періодами такого масштабу пов'язані переломні моменти в розвитку органічного світу Землі. 

 Ритміка в гідросфері. 

 Основними ритмами є півдобові та добові припливи і відпливи зумовлені телуричними і космічними причинами. І є більші ритми, що фіксують зміну рівня Світового океану в результаті зледенінь, тобто кліматичних причин. Під час зледеніння великі маси води на суші зосереджені в льодовиках і рівень океану підвищувався. Наприклад, встановлено, що після відступу останнього льодовика в північній півкулі рівень океану підвищився на 110 м. 

 Ритміка в біосфері. 

 В органічному світі ритміка залежить від ритміки інших оболонок та руху Землі. 

 Тут простежується добова ритміка, точніше пів-добова, або світловий день-ніч, сезонна ритміка і річна ритміка та багаторічна. Біоритми людини охоплюють широкий частотний діапазон від мільйона герц до повільних частот, що мають періоди в десятки років. Біоритми, що визначають річні коливання життєдіяльності, мають період порядку 11 р. Фізико-хімічні процеси в живому організмі підпорядковуються закономірностям сонячної активності. Наприклад, урожайність сільськогосподарських культур змінюється з періодом 11 р. При цьому найбільш урожайні роки припадають на роки мінімуму сонячної активності. Періодичність сонячної активності відображається і в ритмі життя і діяльності людини. Наприклад, встановлено збільшення числа серцево-судинних захворювань в роки максимуму сонячної активності в результаті стресової реакції нестійкої біологічної системи на електромагнітні збурення. 

 Ритміка в атмосфері. 

 Були встановлені зміни клімату в середньому через 11 років, що пов'язано з 11-літнім циклом сонячних плям (І.Блютген, 1972). Проміжок часу між двома послідовними максимумами і мінімумами сонячних плям коливається в межах 9-14 р. (в середньому 11,5 р.). 

 Наступні, більші інтервали кліматичних змін встановлені в середньому як 35-річні на багатьох об'єктах. Потім намітились 40-річні і 90-річні періоди кліматичних коливань і ще більші, зокрема подвійний віковий цикл 180-190-річний і 200-300-річний, 600-річний, 1500-2000-річний. Дрібніші цикли розвиваються на фоні більших. 

 Інші дослідження періодичності космічних явищ виявили періоди коливань ексцентриситета (витягненості) земної орбіти і її нахилу, та зміни орієнтування земної осі. Тривалість таких періодів дорівнює 90 тис., 40 тис. і 21 тис.р., тобто ці цикли співрозмірні з часовими періодами циклів накопичення, наприклад, вугленосних товщ. 

 Встановлений зв'язок між періодичністю досить різних явищ на нашій планеті. Досить добре співпадають дрібні ритми осадконакопичення з періодами кліматичних коливань, а останні – з періодичністю сонячної активності. 

 Важче пояснити більшу циклічність. З точки зору Н.Ф.Балуховського ритмічність певного типу пояснюється коливанням сонячної активності, але такі цикли, як вугленосні, утворюються під впливом періодичності, результатом чого є зміна нахилу екліптики і ексцентриситета земної орбіти. Ще більші цикли пов'язуються з космічними явищами, зумовленими не тільки сонячною системою, але і з розташуванням її по відношенню до інших сузір'їв. І нарешті великі мегацикли в житті Землі пов'язані з так званими галактичними роками. 



 2. Кругообіг речовини і потік енергії в географічній оболонці 

 Всі процеси, що протікають в географічній оболонці, мають два джерела енергії: внутрішню енергію землі і енергію Сонця та Космосу. Із глибини Землі в географічну оболонку поступає тепловий потік енергії, що складає близько 3Ч1017 ккал/рік (радіоактивний розпад, енергія пов'язана з дією гравітаційних сил та ін.) 

 Основним джерелом енергії в географічній оболонці є сонячна радіація. До земної поверхні доходить близько 5,5Ч1020 ккал/рік (за К.К.Марковим). Частина сонячної радіації відбивається в атмосферу, а основна частина поглинається літосферою і гідросферою, викликаючи їх нагрівання і випаровування води. На випаровування води витрачається майже половина всієї сонячної енергії, що досягає Землі. Енергія, що досягла Землі, у взаємодії з гравітацією зумовлює циркуляцію атмосфери і гідросфери. Привівши в дію різноманітні процеси, що протікають в географічній оболонці, сонячна радіація майже повністю перетворюється в тепло і в такому виді знову повертається в Космос. Але цей кругообіг не замкнений, бо частина сонячної енергії акумулюється географічною оболонкою (біосферою). Загальна кількість енергії, акумульованої зеленими рослинами (живими організмами) складає 1019 ккал. 

 Кругообіг речовини. 

 Вся міграція речовини в географічній оболонці має форму кругообігів різного масштабу. Вони не замикаються повністю, а з'єднуються один з одним і включаються в загальний великий кругообіг в системі: Космос-географічна оболонка-глибинні шари Землі. В географічну оболонку поступає речовина із глибоких шарів Землі разом з продуктами вулканізму та виверженими породами, а з Космосу – з метеоритами і метеорним пилом в кількості 5Ч106т/рік. В свою чергу географічна оболонка втрачає в Космосі найлегші атоми, переважно Н, Не. В областях стійкого занурення речовина географічної оболонки потрапляє в глибокі шари Землі, де перетворюючись, входить до складу речовини, що поступає в географічну оболонку з глибоких шарів Землі. Цим завершується великий кругообіг речовини в системі Космос-географічна оболонка-глибинні шари Землі. 

 Даний кругообіг не замкнений. В Космос географічна оболонка віддає інший склад речовини, ніж той, що вона отримує з Космосу. Те ж спостерігається і у взаємодії географічної оболонки з глибинними шарами Землі. Менші за масштабом кругообіги здійснюються в самій географічній оболонці. Головні з них: кругообіг речовини, пов'язаний з кругообігом води і кругообіг, викликаний діяльністю живих організмів. З кругообігом води пов'язаний і кругообіг речовини між сушею і морем. Тільки з поверхні океану випаровується біля 4,5Ч1014т/рік води, з неї біля 4,1/Ч1014т/рік повертається безпосередньо в океан у виді опадів. Решта випаруваної води переноситься на сушу, де випадає атмосферними опадами і звідти знову стікає в океан у вигляді річкового стоку (певна частина випаровується і з суші). Загальний стік річкових вод у океан складає біля 0,36Ч1014т/рік. Але в кругообігу обертається не тільки чиста вода. Частина морських солей з опадами попадає на сушу. Ці солі і речовини, вилужені грунтовими і підземними водами та механічні різні домішки попадають в річкові артерії і частина з них близько 1,5Ч1010т/рік разом з річковим стоком попадає в океан. 

 Обмін речовин між сушею і морем не обмежується тільки цим кругообігом. В результаті тектонічних рухів площа суші і океану може мінятись і морські відклади виявляються на суші, а континентальні – на дні моря. 

 В процесі фотосинтезу рослини поглинають на суші воду і продукти мінерального живлення з грунту, і в гідросфері з верхніх, освітлених Сонцем шарів води. З води та атмосфери рослини поглинають СО2, а за рахунок фотосинтезу виділяють в атмосферу і гідросферу О2. І таким чином, весь О2 обновлюється в атмосфері за 5800 років, а СО2 – за 7 років. 


 3. Природні комплекси 

 В теорію сучасної географії ввійшов термін "територіальний комплекс", що широко вживається в фізичній і економічній географії. У фізичній географії користуються терміном "ПТК". Під ним розуміють закономірно побудовану систему взаємозв'язаних компонентів і елементів природи, які утворюють певні територіальні єдності з більш або менш чіткими межами (К.І.Геренчук, 1969). "ПТК" загальний термін і застосовується до природних єдностей різного масштабу, вся степова зона Євразії – ПТК – зонального масштабу, весь материк Африка – ПТК материкового масштабу, вся географічна оболонка – ПТК планетарного масштабу. 

 Отже ПТК є багато і вони різноманітні за своєю величиною, будовою, історією, властивостями. Тому існує повна систематизація і класифікація ПТК для того, щоб їх впорядкувати. 

 ПТК класифікують за розмірами, формою їх обрисів і, головне, за їх структурою. Під структурою С.В.Калесник розуміє внутрішню організацію речовинного складу географічної оболонки, характер взаємозв'язків між її компонентами. 

 Одним із основних завдань фізичної географії є виявлення структурних зв'язків у ПТК, розкриття процесів, що там відбуваються і розробка науково обгрунтованих рекомендацій для їх раціонального використання. Питанню структури ПТК та їх класифікації посвятив ряд праць М.А.Солнцев. Він звернув увагу, що ПТК можуть бути повними і неповними. До складу повних комплексів входять всі основні (земна кора, вода, повітря, рослинність, тваринний світ) компоненти. Неповні комплекси – це ті в яких не вистачає одного або кількох компонентів. 

 М.А.Солнцев вважає основним об'єктом географічної оболонки 5-компонентні комплекси. Проте великі площі в географічній оболонці займають ПТК неповної структури, наприклад, область вічних снігів і льодовиків, область поширення рухомих пісків, в яких відсутні рослинність і грунтові угруповання. Незважаючи на безмежну кількість ПТК і їх різноманітність, їх класифікують за істотними ознаками структури. Класифікації підлягають насамперед повні ПТК. Повні ПТК зустрічаються лише на суші і то не скрізь. В Антарктиді, Гренландії, льодовикових районах Ісландії, Землі Франца Йосифа, Шпіцбергена існують лише 3-компонентні комплекси (земна кора+лід+повітря). На океанах поширені 4-компонентні комплекси (вода+повітря+рослинність+тваринний світ). 

 Повні ПТК на суші поширені лише безпосередньо на поверхні земної кори, вище і нижче цієї поверхні панують неповні комплекси (в тропосфері – повітря+вода), в стратосфері – повітря, в зоні гіпергенезу – порода+вода+повітря.