ЗЕМЛЯ́
-
Рубрика: География
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЗЕМЛЯ́, третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая из планет земной группы, в которую входят также Меркурий, Венера и Марс.
Главным отличием З. от др. планет Солнечной системы является наличие на ней жизни (см. Биосфера). Численность нас. 6615,9 млн. чел. (сер. 2007). На З. ок. 270 стран и территорий (из них 192 – независимые государства, члены ООН).
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Согласно совр. представлениям, З. в составе Солнечной системы образовалась ок. 4,5 млрд. лет назад вследствие гравитац. сжатия первичного газово-пылевого облака (см. Космогония). При этом размеры облака уменьшались, скорость его вращения росла, что привело к уплощению облака и формированию диска. При сжатии газово-пылевого облака начался рост его темп-ры, в центр. области сформировалась звезда Солнце. Во внешних областях относительно холодного диска за счёт гидродинамич. возмущений стали развиваться отд. сгущения – протопланеты, которые, аккумулировав более мелкие тела в процессе аккреции, преобразовались в планеты совр. размеров. При формировании З. происходили дифференциация вещества и постепенный разогрев недр в осн. за счёт теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов (урана, тория и др.). В результате дифференциации произошло разделение планеты на ядро (жидкое и твёрдое), мантию и кору. Совокупность этих оболочек, ограниченных твёрдой земной поверхностью, называют (в некоторой степени условно) твёрдой З. За её пределами находятся внешние оболочки – водная (гидросфера) и воздушная (атмосфера), которые сформировались из паров и газов, выделившихся из недр З. при дегазации мантии (табл. 1).
Таблица 1. Схема строения Земли
Геосфера | Расстояние от поверхности Земли до нижней границы, км | Объём, 1018 м3 | Масса, 1021 кг | Доля от массы Земли, % |
Атмосфера | 800* | 460 | ~ 0,005 | ~ 10-6 |
Гидросфера | до 11 | 1,59 | 1,59 | 0,02 |
Земная кора | 5–75 | 10,2 | 28,6 | 0,48 |
Мантия | до 2980 | 908,3 | 4070 | 68,1 |
Ядро | 6371 (центр Земли) | 163,3 | 1873,1 | 31,4 |
Вся Земля (без атмосферы) | 1083,4 | 5973,3 | 100,0 | |
* По верхней границе термосферы. |
З. обладает гравитац., магнитным и электрич. полями. Действием гравитационного поля Земли обусловлены почти сферич. форма З., мн. черты рельефа земной поверхности, течение рек, движение ледников и др. процессы. Осн. источник магнитного поля З. расположен в ядре планеты (см. Земной магнетизм). Область околоземного пространства, физич. свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с солнечным ветром, называется магнитосферой. С магнитным полем З. тесно связано её электрич. поле. Твёрдая З. несёт отрицательный электрич. заряд (ок. –3·105 Кл), который компенсируется объёмным положительным зарядом атмосферы, так что в целом З., по-видимому, электрически нейтральна (см. Атмосферное электричество).
Осн. источником энергии, поступающей на З., является Солнце. Количество лучистой энергии Солнца, попадающей на площадку, поставленную вне земной атмосферы перпендикулярно к солнечным лучам на ср. расстоянии З. от Солнца, составляет 1,367 кВт/м2 и называется солнечной постоянной. Осн. геометрич. и физич. характеристики З. приведены в табл. 2.
Таблица 2. Геометрические и физические характеристики Земли
Экваториальный радиус | 6378,1366 км |
Полярный радиус | 6356,777 км |
Сжатие земного эллипсоида | 1:298,25642 |
Средний радиус | 6371,032 км |
Длина окружности экватора | 40075,696 км |
Площадь поверхности | 510,2 · 106 км2 |
Объём | 1,0834 · 1012 км3 |
Масса | 5,9733 · 1024 кг |
Средняя плотность | 5518 кг/м3 |
Угловая скорость вращения (переменная) | 7,292115· 10-5 рад/с |
Ускорение силы тяжести (на уровне моря) | |
а) на экваторе | 9,7803278 м/с2 |
б) на полюсе | 9,8321853 м/с2 |
в) стандартное | 9,80665 м/с2 |
Момент инерции относительно оси вращения | 8,0365·1037 кг·м2 |
Большую часть поверхности З. занимает Мировой ок. (361,1 млн. км2, или 70,8%), суша составляет 149,1 млн. км2 (29,2%) и образует шесть крупных материков: Евразию, Африку, Сев. Америку, Юж. Америку, Антарктиду и Австралию (табл. 3), а также многочисл. острова. Деление суши на материки не совпадает с делением на части света: Евразия включает две части света – Европу и Азию, а оба американских материка объединяют в одну часть света – Америку, иногда как особую, «океаническую», часть света выделяют острова Тихого ок. – Океанию, площадь которой обычно учитывается вместе с Австралией.
Таблица 3. Материки (с островами)
Материк | Площадь, млн. км2 | Средняя высота, м | Наибольшая высота (над уровнем моря), м | Наибольшее понижение (ниже уровня моря), м | Численность населения, млн. чел. (сер. 2007) |
Евразия Африка Северная Америка Южная Америка Антарктида Австралия (с Океанией) | 53,60 30,30 24,25 18,28 13,98 8,89 | 800 750 720 580 2350 340 | 8848 (гора Джомолунгма) 5895 (вулкан Килиманджаро) 6193 (гора Мак-Кинли) 6959 (гора Аконкагуа) 5140 (гора Винсон) 2228 (гора Косцюшко, в Океании - 5030, гора Джая на острове Новая Гвинея) | -400 (уровень Мёртвого моря) -153 (уровень озера Асаль) -86 (Долина Смерти) -40 (полуостров Вальдес) уровень океана -16 (уровень озера Эйр-Норт, в Океании - уровень океана) | 4723,4 945.3 527,9 385.4 - 33,9 |
Мировой ок. разделяется материками на Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый (табл. 4); некоторые исследователи выделяют приантарктические части Атлантического, Тихого и Индийского океанов в отдельный, Южный, океан. Сев. полушарие З. – материковое (суша занимает 39% поверхности), Южное – океаническое (суша составляет лишь 19% поверхности). В Зап. полушарии преобладающая часть поверхности занята водой, в Восточном – сушей. Ср. выс. суши 875 м, ср. глубина океана 3900 м. Высочайшая вершина мира (гора Джомолунгма в Гималаях, 8848 м) возвышается над глубочайшим понижением дна океана (Марианский жёлоб в Тихом ок., 10 920 м) почти на 20 км. См. Физическую карту.
Таблица 4. Океаны
Океан | Площадь поверхности зеркала, млн. км2 | Средняя глубина, м | Наибольшая глубина, м |
Тихий | 178,68 | 3976 | 10920 |
Атлантический | 91,66 | 3597 | 8742 |
Индийский | 76,17 | 3711 | 7729 |
Северный Ледовитый | 14,75 | 1225 | 5527 |
З. изучают разл. науки, основные из них – геодезия и астрономия, география, геология, геофизика, геохимия, биология, экология и др.
ЗЕМЛЯ КАК ПЛАНЕТА
З. обращается вокруг Солнца вместе с единственным естеств. спутником – Луной. Отношение массы Луны к массе З. составляет ок. 1 : 81,5 и является наибольшим среди всех планет и их спутников в Солнечной системе, что делает систему З. – Луна уникальной. Оба тела обращаются вокруг центра масс системы (отстоящего от центра З. примерно на 4700 км), который, в свою очередь, движется вокруг Солнца по эллиптич. орбите, близкой к круговой. Орбита центра масс является возмущённой вследствие притяжения планет Солнечной системы (см. Возмущения орбит небесных тел). В результате движение центра тяжести системы З. – Луна отличается от кеплеровского движения, однако это отличие невелико (не более 0,8′′ по эклиптич. широте и не более 40′′ по эклиптич. долготе). Плоскость, перпендикулярная вектору орбитального углового момента системы З. – Луна, называется плоскостью эклиптики.
Из-за эллиптичности орбиты З. расстояние между З. и Солнцем в течение года меняется от 147,100 млн. км (в перигелии) до 152,100 млн. км (в афелии). Ср. расстояние от З. до Солнца называется астрономической единицей и принимается за единицу измерения расстояний в пределах Солнечной системы. Ср. скорость движения З. по орбите составляет 29,7859 км/с, изменяясь от 30,27 км/с (в перигелии) до 29,27 км/с (в афелии). Период обращения З., соответствующий промежутку времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия, называется тропическим годом и лежит в основе совр. календаря. Продолжительность тропич. года равна 365,2422 ср. солнечных суток.
Плоскость эклиптики наклонена в совр. эпоху под углом 1,6° к т. н. неизменяемой плоскости Лапласа, перпендикулярной вектору момента количества движения всей Солнечной системы. Под действием притяжения др. планет положение плоскости эклиптики, а также форма земной орбиты медленно изменяются на протяжении миллионов лет. Наклон эклиптики к плоскости Лапласа при этом меняется от 0 до 2,9°. В совр. эпоху эксцентриситет земной орбиты равен 0,0167 и убывает на 4·10–7 в год. Орбитальное движение З. происходит против часовой стрелки, если смотреть на З. с сев. полюса эклиптики. Осн. орбитальные характеристики З. приведены в табл. 5.
Таблица 5. Орбитальные характеристики Земли
Перигелий | 147,100 млн. км |
Афелий | 152,100 млн. км |
Средняя орбитальная скорость | 29,7859 км/с |
Эксцентриситет орбиты (t - время, измеряемое в столетиях от 2000)* | 0,0167086342-0,0004203654 t |
Наклонение орбиты* | 469,97289" t |
* Simon J. L. a. o. Numerical expression for precession formulae and mean elements for the Moon and the planets // Astronomy and Astrophysics. 1994. Vol. 282. P. 663-683. |
З. в составе Солнечной системы участвует также в движении вокруг центра Галактики; период галактич. обращения составляет ок. 200 млн. лет, ср. скорость движения 250 км/с. Относительно ближайших звёзд Солнечная система движется со скоростью ок. 19,5 км/с в направлении созвездия Геркулеса.
Ось вращения З. наклонена к плоскости эклиптики под углом 23°26′21,448′′ (на 12 ч 1.1.2000); в совр. эпоху этот угол уменьшается на 46,84024′′ в столетие. При движении З. по орбите вокруг Солнца в течение года ось её вращения сохраняет почти постоянное направление в пространстве. Это приводит к смене времён года на планете. Гравитац. влияние Луны, Солнца, планет вызывает длительные периодич. изменения эксцентриситета орбиты и наклона оси З., что может быть одной из причин многовековых изменений климата.
Вращение Земли вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи на её поверхности, определяет периодичность мн. природных процессов. Период вращения З. (сутки) – одна из осн. единиц счёта времени.
Течения в атмосфере, океанах и жидком ядре З., воздействие на планету Луны и Солнца и др. причины приводят к тому, что вращение З. неравномерно; наблюдаются как вариации скорости вращения, так и смещение оси вращения в теле З. (т. н. движение полюсов). В движении полюсов выделяют вековую и периодич. компоненты. Вековое движение Сев. полюса происходит со скоростью 3,3 мс дуги в год примерно вдоль меридиана 75,7° з. д. и объясняется, согласно совр. теориям, снятием ледовой нагрузки на кору З. в Сев. полушарии после последнего оледенения и изменением тензора инерции З. Накладывающаяся на вековое движение периодическая компонента приводит к тому, что движение полюса выглядит как сворачивающаяся и разворачивающаяся спираль (с периодом ок. 6 лет), центр которой смещается в направлении 75,7° з. д. Максимальный размер спирали не превышает 15 м.
Наблюдается также вековое замедление скорости вращения З., в результате которого продолжительность суток увеличивается примерно на 2 мс за 100 лет. Причиной этого является приливное трение в системе З. – Луна (см. в ст. Приливы и отливы). Приливное трение приводит к потере энергии системой З. – Луна и передаче момента количества движения от З. к Луне; вращение З. замедляется, а Луна удаляется от З. примерно на 3 см в год.
Результатом приливного воздействия Луны и Солнца является и движение в пространстве вектора мгновенной угловой скорости З. Это явление называется лунно-солнечной прецессией. Причиной прецессии оси вращения З. является притяжение экваториального избытка массы З. Луной и Солнцем. Силы притяжения стремятся совместить плоскость экватора З. с плоскостью её орбиты, однако из-за вращения планеты этого не происходит. В результате ориентация оси вращения изменяется: она описывает в пространстве конус со ср. скоростью 50,3′′ в год, причём угол между осью вращения З. и осью конуса составляет ок. 23,5°. Период прецессионного движения ок. 26 тыс. лет. Прецессия меняет со временем вид звёздного неба. Ныне Сев. полюс мира находится близко к Полярной звезде, однако примерно через 8 тыс. лет «полярной» будет звезда α Цефея, через 13,5 тыс. лет – Вега (α Лиры).
Кроме медленного прецессионного движения ось вращения З. испытывает и периодич. колебания – нутацию. Осн. нутационные гармоники имеют периоды, равные 13,7 сут, 27,6 сут, 6 мес, 1 году, 18,6 года. Макс. амплитуду (примерно 9′′) имеет последняя гармоника. В результате нутационного движения ось вращения описывает сложные петли в пространстве. Из-за нутации меняется угол между экватором и эклиптикой, а также движется в пространстве линия пересечения экватора и эклиптики. Т. к. координаты небесных тел отсчитываются от Сев. полюса мира, то прецессия и нутация приводят к смещению координатной сетки на небесной сфере.
Прецессия и нутация зависят от формы З., её внутр. строения, наклона оси вращения З. к плоскости орбиты, расположения Луны, Солнца, планет и мн. др. причин. Следовательно, чтобы построить теорию прецессии – нутации, необходимо знать точные координаты и скорости Солнца, Луны и планет, а также внутр. строение З. Совр. теория прецессии – нутации является очень точной: можно предсказывать положение оси вращения З. в пространстве с ошибкой менее 0,2 мс дуги (такой угол на поверхности З. соответствует 1 см). При разработке этой теории неизвестные величины некоторых параметров, характеризующих строение З., были подобраны так, чтобы нутационные углы наилучшим образом согласовывались с наблюдениями. Таким образом были получены оценки вязкости жидкого ядра, скорости вращения твёрдого ядра, величины электромагнитных сил, генерируемых в ядре. Было доказано также, что для согласования теории нутации с наблюдениями необходимо несколько изменить модель внутр. строения З.: дополнительно сжать жидкое ядро с полюсов, чтобы увеличить экваториальный радиус границы ядро – мантия примерно на 500 м.
Из-за вращения З. сплюснута у полюсов, кроме того, высоты точек, расположенных в материковых областях, изменяются в пределах нескольких километров над уровнем моря. За форму З. приближённо принимают геоид (фигуру, соответствующую поверхности океана, продолженной под материками). Для решения ряда задач геоид аппроксимируют средним земным эллипсоидом со сжатием ок. 1 : 298 (соотношение осей 1 : 0,9966). Он хорошо аппроксимирует геоид в среднем, но на отд. участках поверхности отличие эллипсоида от геоида может быть очень большим. Поэтому с помощью геодезич. методов для разных участков земной поверхности построены местные референц-эллипсоиды.
Для решения задач астрономии, геодезии и навигации необходимо определить систему координат, связанную с З. Такой системой является, напр., Междунар. земная система отсчёта (International Terrestrial Reference System, ITRS) – геоцентрич. система с началом в центре масс З., вращающаяся вместе с З. Её реализацией является Междунар. опорная земная система отсчёта (International Terrestrial Reference Frame, ITRF). С нач. 21 в. при всех астрометрич. и геодезич. работах рекомендуется использовать опорную земную систему отсчёта ITRF2000, которая задаётся координатами и скоростями более чем 800 точек, жёстко связанных с корой З. и расположенных примерно в 500 пунктах. Ориентация осей системы ITRF2000 и её стабильность во времени обеспечивается соответствующим выбором реперных точек.
ТВЁРДАЯ ЗЕМЛЯ
Строение твёрдой Земли
Характерной чертой строения З. является её высокая степень сферичности – следствие действия гравитац. сил и гравитац. дифференциации вещества. О вещественном составе, строении и свойствах твёрдой Земли имеются преим. предположения, т. к. непосредственному наблюдению доступен только тонкий слой у поверхности. Косвенные данные, гл. обр. геофизические, указывают на то, что З. состоит из нескольких ярко выраженных оболочек, разделённых границами, форма которых близка к сферической. Поэтому сферически-симметричная модель З. является основной, базовой. Отклонения формы и свойств З. от этой базовой модели сравнительно невелики, но именно они содержат важную информацию о строении и происходящих в теле З. геодинамич. процессах.
Выделяют осн. оболочки твёрдой З., различающиеся физич. свойствами, химич. и минералогич. составом: земная кора, ниже – слои мантии Земли и ядро Земли. В геофизике приняты следующие буквенные обозначения этих слоёв: А – земная кора, В, С и D – слои мантии, E – внешнее ядро З. Внутреннее ядро (субъядро) обозначается G. См. Схему внутреннего строения и динамики твёрдой Земли в разделе Внутренняя динамика Земли.
Земная кора – самый неоднородный и имеющий наиболее сложное строение слой, составляющий ок. 1% от объёма З. Вещественный состав и строение земной коры под континентами и океанами существенно различаются. Континентальная кора имеет ср. мощность (толщину) 35–40 км; в ней выделяют три слоя: верхний (осадочный), средний («гранитный») и нижний («базальтовый»), отделённый от среднего т. н. границей Конрада. Условные названия «базальтовый» и «гранитный» объясняются тем, что скорости сейсмических волн в этих слоях соответствуют скоростям в граните и базальте. Граница Конрада выражена не всегда чётко, часто переход от одного слоя к другому происходит постепенно. Совокупность «гранитного» и «базальтового» слоёв нередко называют консолидированной корой, которая сложена метаморфич. и интрузивными породами. В «гранитном» слое степень метаморфизма горных пород ниже, чем в «базальтовом», а в составе интрузивных образований преобладают гранитоиды. Породы нижнего слоя консолидированной коры, вероятно, имеют более основной состав. Мощность океанич. коры сравнительно небольшая (в ср. 5–7 км); в ней выделяют три слоя: осадочный и два слоя (ранее называвшиеся «базальтовым» слоем), состоящие из магматич. горных пород основного и отчасти ультраосновного состава.
Земная кора отделяется от мантии Мохоровичича границей (М). При переходе от коры к мантии скорость сейсмич. волн скачком возрастает примерно от 7,5 км/с до 8,2 км/с.
Мантия Земли
Мантия Земли лежит ниже земной коры до глубины 2980 км и охватывает б. ч. объёма З. (ок. 84%). В ней выделяют слои В, С, D (последний делят на D′ и D′′).
Слой В (верхняя мантия) сложен породами ультраосновного состава – перидотитами, состоящими в осн. из оливина и пироксенов. В нём есть область, где темп-ра близка к темп-ре плавления пород. Здесь расположен слой пониженной вязкости вещества, называемый астеносферой, верхняя граница которого проходит на глубине 50–100 км и более от поверхности З. Наличие астеносферы обусловливает эндогенные процессы в земной коре (магматизм, метаморфизм); ей принадлежит ведущая роль в тектонич. движениях расположенных выше жёстких блоков. Скорости сейсмич. волн в астеносфере понижены.
Слои, лежащие выше астеносферы и включающие земную кору и самую верхнюю, жёсткую, часть мантии, называются литосферой. Её толщина и плотность связаны с рельефом поверхности З. В высокогорных областях плотность литосферы меньше, а толщина её больше, чем в низменных. Литосфера, имея меньшую плотность, чем астеносфера, как бы плавает в размягчённой астеносфере. По одной из гипотез, рельеф её нижней границы зеркальным образом отображает рельеф внешней поверхности (см. Изостазия). Согласно др. гипотезе, нижняя граница литосферы лежит на постоянной глубине – ок. 100 км. Истинная картина, вероятно, представляет собой нечто среднее между этими двумя крайними предположениями.
Слой С (средняя мантия) расположен в интервале глубин 410–1000 км и характеризуется быстрым ростом скоростей продольных и поперечных волн как с глубиной, так и по латерали (поверхности равного удаления от центра З.), что связано с фазовыми переходами минералов в более плотные и жёсткие модификации. Нижняя граница слоя С не везде чётко выражена. На глубине 660–670 км выделяют границу фазового перехода минерала оливина, на которой происходят важные геодинамич. процессы (см. Геодинамика).
Слой D (нижняя мантия) простирается до глубины 2980 км. Его верхняя часть, по мнению большинства исследователей, имеет перовскит-магнезиовюститовый состав. Учёные предполагают, что нижняя часть нижней мантии сохранила состав, отвечающий исходному веществу, из которого образовалась З. По мере приближения к ядру скорость упругих волн сравнительно плавно растёт, что свидетельствует об однородном составе вещества и увеличении модуля упругости среды за счёт роста давления с глубиной. Около границы мантии и ядра З. скорости волн перестают увеличиваться, однако разброс их значений достаточно велик, что объясняется процессами взаимодействия между ядром и мантией. Область на границе между ядром и мантией обычно выделяют в особый переходный слой мощностью 200–300 км и обозначают D′′; вышележащий слой обозначают D′. Переходный слой обладает пониженной вязкостью и повышенной латеральной неоднородностью. Этот слой играет важную роль в процессах внутр. динамики Земли.
Ядро Земли
Ядро Земли включает два слоя, существенно различающихся по физич. свойствам, и составляет ок. 15% её объёма.
Слой Е (внешнее ядро) занимает интервал глубин 2980–5150 км. Внешнее ядро – жидкая оболочка З., где скорости поперечных сейсмич. волн падают до нуля. Резко уменьшается также скорость продольных сейсмич. волн от 13,6 км/с на верхней границе до 8,3 км/с на нижней границе. При переходе от мантии к ядру резко возрастает плотность среды (от 5600 кг/м3 до 10 000 кг/м3). Такой характер изменений параметров соответствует составу ядра: железо с примесью никеля и лёгких химич. элементов (серы, кремния, кислорода). Вследствие движения жидкого ядра вокруг оси вращения З. в нём возникают токи, генерирующие главное магнитное поле Земли.
Субъядро G (внутр. твёрдое ядро) расположено ниже слоя E, вплоть до центра З. В нём скорость продольных сейсмич. волн составляет ок. 11,2 км/с и почти не изменяется, т. к. в этом интервале глубин давление остаётся почти постоянным. Незначит. возрастание скорости, соответствующее возрастанию давления при движении к центру З., происходит плавно. Предполагается, что в переходной зоне между внешним и внутр. ядром скорости сейсмич. волн возрастают, что обусловлено переходом вещества от расплавленного состояния к кристаллическому.
В кон. 20 в. было установлено, что угловая скорость вращения внутр. ядра на 1–2% выше, чем скорость внешних твёрдых слоёв З., что объясняют проскальзыванием мантии относительно жидкого и твёрдого ядра, а также характерной меридиональной анизотропией скоростей внутр. ядра. Трение на границе мантии и внешнего ядра так же, как и на границе внешнего и внутр. ядра, может являться одним из источников внутр. тепла З. Предполагают, что происходит рост внутр. ядра за счёт внешнего.
Неоднородности внутреннего строения Земли проявляются в положительных и отрицательных аномалиях скоростей распространения продольных сейсмич. волн в недрах твёрдой З. (до границы мантии и ядра). Эти аномалии могут быть интерпретированы в рамках теорий тектоники плит и тектоники плюмов: положительные – как погружающиеся пластины океанич. литосферы (слэбы) в зонах субдукции, отрицательные – как мантийные плюмы. Выделяют от 10 до 100 плюмов, которые связывают с конвекционными процессами в нижней мантии.
Сейсмич. томография даёт картину, в которой контраст латеральных неоднородностей достигает 3–6% в слоях А, В, С и 1–3% в слое D. Качество исходных данных о внешнем и внутр. ядре З. не позволяет пока получить изображения достаточной степени чёткости. В перспективе ближайших десятилетий ожидается существенное улучшение возможностей сейсмич. исследований строения З. благодаря использованию мощных невзрывных сейсмич. источников и вибраторов.
О составе и химич. процессах в недрах З. см. в ст. Геохимия (раздел Геохимия твёрдой Земли).
Физические характеристики твёрдой Земли
При движении к центру планеты изменяются значения плотности, давления, силы тяжести, упругих свойств вещества, вязкости и темп-ры З. Ср. плотность земной коры 2800 кг/м3. Ср. плотность осадочного слоя земной коры 2400–2500 кг/м3, «гранитного» слоя 2700 кг/м3, «базальтового» слоя 2900 кг/м3. На границе земной коры и мантии плотность увеличивается скачком до значений 3100–3500 кг/м3. Далее она плавно растёт, достигая в нижней части астеносферы 3600 кг/м3, а у границы ядра 5600 кг/м3. При переходе к ядру плотность скачком поднимается до 10 000 кг/м3, а далее плавно возрастает до 12 500 кг/м3 в центре Земли.
Ускорение силы тяжести в З. до глубины 2500 км изменяется мало, отклоняясь от значения 10 м/с2 менее чем на 2%. На границе ядра оно равно 10,7 м/с2 и далее плавно убывает до нуля в центре З. По данным о плотности и ускорении силы тяжести рассчитывают давление, которое непрерывно растёт с глубиной. У подошвы материковой коры оно близко к 1 ГПа, у подошвы слоя В составляет ок. 1,4 ГПа, слоя С – ок. 35 ГПа, на границе ядра – ок. 136 ГПа, в центре З. – ок. 361 ГПа (ок. 3,6 млн. атмосфер).
Температура твёрдой З. повышается с глубиной. Непосредственное измерение темп-ры возможно только до глубин, достигаемых бурением (12,26 км на нач. 21 в.). Распределение темп-ры с глубиной определяют на основе разл. оценок и расчётов (см. Геотермия). Темп-ра на глубине 100 км оценивается в 1400–1700 К, на границе мантии с ядром (3–4)·103 К, в центре Земли (5–6)·103 К. Разброс оценок на глубинах мантии и ядра превышает 1000 К, т. е. ± 30%, в то время как темп-ра литосферы может быть оценена с точностью ±10%.
По плотности и скорости сейсмич. волн вычисляют величины, характеризующие упругие свойства вещества З. Вязкость материала мантии выше и ниже границ астеносферы, видимо, не менее 1023 Па·с; вязкость астеносферы сильно понижена (1019–1021 Па·с). Считается, что благодаря этому в астеносфере происходит медленное перетекание масс в горизонтальном направлении под влиянием неравномерной нагрузки со стороны земной коры (восстановление изостатич. равновесия). Вязкость внешнего ядра на много порядков меньше вязкости мантии.
Электропроводность верхней части слоя В очень низка (порядка 10–2 Ом–1·м–1); в астеносфере она повышена, что связывают с ростом темп-ры. Электропроводность ядра З. очень высока – это указывает на металлич. свойства его вещества.
Внутренняя динамика Земли
З. является динамически активной, «живой» планетой, о чём свидетельствуют землетрясения, вулканич. извержения, медленные поднятия и опускания берегов континентов относительно уровня океана, горизонтальные смещения отд. блоков литосферы.
В верхних оболочках твёрдой З. – литосфере и астеносфере – протекают процессы, обусловленные действием тектоники плит и тектоники плюмов. Литосфера разделена разломами на относительно монолитные литосферные плиты. На совр. этапе развития З. выделяются 7 (по мнению некоторых исследователей, 8) крупных плит (Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Евразийская, Индо-Австралийская, Тихоокеанская, Антарктическая) и ряд малых плит (Наска, Кокос, Карибская, Аравийская, Филиппинская и др.), которые непрерывно смещаются относительно друг друга в горизонтальном (отчасти в вертикальном) направлении. Различают три рода таких смещений и соответствующие им границы литосферных плит: 1) расхождение (раздвиг) плит происходит на дивергентных границах; 2) схождение плит – на конвергентных границах; 3) горизонтальное скольжение плит относительно друг друга вдоль зон вертикальных трансформных разломов – на трансформных границах. Границы литосферных плит маркируются линейными зонами сейсмич. активности и вулканизма. На дивергентных границах плит возникают срединно-океанические хребты с осевыми рифтами или горстами, в которых базальтовая магма поднимается к поверхности и застывает, образуя океанич. кору (напр., Аравийско-Индийский хребет, Австрало-Антарктическое поднятие). За счёт продолжающегося раздвига плит океанич. дно разрастается – происходит спрединг. Новообразованная океанич. кора намагничивается в магнитном поле З., периодически меняющем полярность (через интервалы времени от десятков тыс. лет до десятков млн. лет), вследствие чего образуется характерный для ложа океанов «полосовой» рисунок магнитных аномалий. На конвергентных границах плит протекает субдукция (поддвиг) океанич. литосферы под континенты или островные дуги либо коллизия (столкновение) двух континентальных плит. Субдукция литосферных плит происходит вдоль наклонённых под континенты или островные дуги поверхностей скалывания, маркируемых на поверхности глубоководными желобами (напр., Курило-Камчатский, Перуанский, Чилийский желоба). Зоны субдукции одновременно являются сейсмофокальными зонами, т. к. вдоль них локализуются очаги землетрясений. Нижние слои океанич. литосферы в зонах субдукции погружаются в мантию З., а её верхний – осадочный – слой частично сдирается, деформируется и наращивает край континента или островной дуги, образуя аккреционную призму (напр., в Зондской зоне субдукции). Поглощённая литосфера, достигнув глубины 80–100 км, теряет воду и др. летучие компоненты, которые поднимаются в вышележащую мантию и вызывают её плавление. Возникшие магматич. очаги «питают» вулканы островных дуг (напр., Командорско-Алеутская дуга) и окраинно-континентальных вулканоплутонич. поясов (напр., Андский пояс) или застывают в виде интрузий – плутонов, преим. гранитных. Вмещающие породы при этом испытывают метаморфизм. Процессы гранитизации и метаморфизма порождают континентальную кору. Субдукция приводит к сокращению пространства, занимаемого океанич. бассейнами, и заканчивается их исчезновением и коллизией ограничивающих эти бассейны континентов. Компенсируя спрединг, субдукция обеспечивает постоянство (возможно, только относительное) объёма и радиуса З. В процессе коллизии отложения континентальных окраин сминаются в складки, на них надвигается материал островных дуг и окраинных морей (задуговых бассейнов). Образуются складчато-надвигово-покровные горные сооружения – орогены (напр., Кордильеры).
Механизм перемещения литосферных плит связан с мантийной конвекцией (осн. способом тепломассопереноса в недрах З.), которая вызывает течение вещества мантии, в частности в пределах астеносферы. Под осями спрединга действуют восходящие и расходящиеся ветви конвективных ячей, под зонами субдукции – нисходящие, а в промежутке – горизонтальные. Дополнительными силами, способствующими перемещению плит, являются затягивание океанической литосферы в зоны субдукции под их весом вследствие увеличения плотности с глубиной и расталкивание этой литосферы в зонах спрединга поступающими порциями магмы. Процессы тектоники плит определяют развитие земной коры и литосферы в целом. Деформации, проявляющиеся внутри литосферных плит, возникают гл. обр. под отдалённым воздействием напряжений, накапливающихся на границах плит. Внутриплитный магматизм связан с действием мантийных плюмов (струй) – восходящих потоков разогретого мантийного материала, которые «прошивают» движущиеся литосферные плиты, оставляя на них след в виде цепи вулканов (напр., Гавайский хребет) и/или расположенных в линию интрузивных массивов.
Более глубоко лежащие оболочки твёрдой З. также динамически активны. Пластины океанич. литосферы (слэбы) погружаются от глубоководных желобов до глубины 660–670 км. Эта граница является предельной для распространения очагов (гипоцентров) землетрясений. Некоторые слэбы, по данным сейсмич. томографии, прослеживаются до подошвы нижней мантии З. Другие не пересекают границу на глубине 660–670 км; достигнув этого уровня, выполаживаются и принимают почти горизонтальное положение. Эта же граница служит полупроницаемым барьером для поднимающихся из мантийных глубин плюмов. Следующая группа слэбов образует скопления субдуцируемого материала ниже границы 660–670 км. Предполагают, что скапливающийся материал периодически лавинообразно обрушивается вниз и достигает переходного слоя между мантией и ядром – D′′. В слое D′′ , являющемся «могильником» слэбов, возможно, локализуются «корни» плюмов, вернее, суперплюмов, существование которых допускают под юж. частью Африки и под Полинезией в Тихом океане.
Относительно характера мантийной конвекции нет единого мнения. Большинство учёных считают, что конвекция охватывает всю мантию З. (является общемантийной). Некоторые исследователи полагают, что конвекция двухъярусна и протекает раздельно выше и ниже границы на глубине 660–670 км, которая рассматривается ими как непреодолимый или труднопреодолимый барьер для тепло- и особенно массообмена между нижней и верхней частями мантии. Наиболее перспективно представление о том, что на протяжении геологич. истории З. происходила периодич. смена двухъярусной конвекции общемантийной и эта смена была взаимосвязана с циклами формирования и распада суперконтинентов.
На процессы внутр. динамики оказывают влияние: солнечно-лунные приливы (напр., выявлена зависимость частоты возникновения землетрясений от лунных приливов в твёрдой З.); метеоритно-кометно-астероидные бомбардировки, с которыми, возможно, связана цикличность развития планеты; силы, создаваемые осевым вращением З. (ими обусловлен зап. и меридиональный дрейф континентов); периодич. изменения скорости вращения З. и параметров её орбиты, порождающие напряжения и вызывающие деформации литосферы. Процессы внутр. динамики З. активно взаимодействуют с процессами, протекающими вблизи и на поверхности планеты, – морской, потоковой, ледниковой, озёрной, эоловой эрозией и аккумуляцией, карстовыми, гравитац. процессами, процессами в криолитозоне, выветриванием. Гл. роль в формировании рельефа З. принадлежит эндогенным (внутренним) процессам.
Тектонические структуры
Главными структурными элементами земной коры и литосферы являются континенты и океаны. Они различаются составом, толщиной, возрастом и др. характеристиками земной коры и связаны переходными зонами.
Континенты
Континенты характеризуются мощной корой – в ср. 35–40 км и литосферой – до 200–300 км и более. В составе коры, особенно в верхней её части, существенную роль играют породы с повышенным содержанием кремнезёма – граниты и гнейсы. Возраст пород континентальной коры достигает 4,0 млрд. лет. В строении континентов выделяют два гл. типа структурных элементов – древние платформы (кратоны) и подвижные (складчатые, или орогенные) пояса (см. Тектоническую карту). Древние платформы, как правило, занимают внутр. области континентов, а подвижные пояса расположены по их периферии. В пределах континентов имеются впадины внутр. морей, из которых наиболее глубокие (впадины Средиземного, Чёрного, Каспийского морей) подстилаются корой океанич. или переходного (субокеанич.) типа.
Древние платформы обладают земной корой выдержанной толщины (в ср. 35–40 км), возраст которой докембрийский, б. ч. платформ – допозднерифейский (по междунар. стратиграфич. шкале – допозднепротерозойский, более 1 млрд. лет). Древние платформы З.: сев. ряда – Восточно-Европейская платформа, Сибирская платформа, Северо-Американская и гипотетическая Гиперборейская платформы; южного (гондванского) ряда – Южно-Американская, Африканская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая платформы; а также Китайско-Корейская платформа и Южно-Китайская платформа. В их строении выделяют кристаллич. фундамент и осадочный (платформенный) чехол. Кристаллич. фундамент в осн. состоит из пород, испытавших интенсивные деформации и региональный метаморфизм амфиболитовой и гранулитовой ступеней. В составе платформенного чехла преобладают континентальные и мелководно-морские песчано-глинистые, карбонатные и эвапоритовые отложения, в ряде районов включающие щелочные базальты или покровы платобазальтов (траппов) с силлами и дайками долеритов и габбро-диабазов. Накопление платформенного чехла на кратонах локально началось ещё в конце архея (Юж. Африка, Зап. Австралия), продолжилось в протерозое и в фанерозое. Наибольшим распространением пользуется фанерозойский чехол, формированию которого на платформах сев. ряда предшествовало образование континентальных рифтов, позднее «погребённых» под осадочным чехлом (авлакогены; напр., Пачелмский на Восточно-Европейской платформе). В строении древних платформ выделяют структурные элементы более низкого ранга – щиты (области выхода фундамента на поверхность) и плиты (области с осадочным чехлом). Напр., на Восточно-Европейской платформе выделяют Балтийский щит и Русскую плиту. Структурные элементы плит – крупные поднятия (антеклизы; напр., Волго-Уральская, Воронежская на Русской плите) и впадины (синеклизы; напр., Московская, Мезенская, Прикаспийская).
На древних платформах в кристаллич. фундаменте сконцентрированы осадочно-метаморфогенные месторождения руд железа, марганца; эндогенные месторождения руд цветных, редких и благородных металлов, а также месторождения слюды, керамич. сырья и др. Платформенный чехол вмещает месторождения нефти, природного горючего газа, каменного и бурого угля, горючих сланцев, торфа, осадочных руд железа, марганца, меди, бокситов, фосфоритов, каменной и калийных солей, разл. природных строит. материалов. C породами эпох тектономагматич. активизации платформ связаны эндогенные месторождения руд железа, титана, ванадия, хрома, металлов платиновой группы, цветных, редких и благородных металлов, а также апатита, нефелина, алмазов.
Подвижные пояса разделяют и обрамляют древние платформы. Толщина земной коры, возраст которой не древнее 1 млрд. лет, в их пределах сильно изменчива. Гл. подвижные пояса планеты – Урало-Охотский подвижный пояс (Урало-Монгольский), Северо-Атлантический подвижный пояс, Альпийско-Гималайский подвижный пояс (частично наследует Средиземноморский), Тихоокеанский (Циркумтихоокеанский) пояс, который обычно разделяют на Западно-Тихоокеанский подвижный пояс и Восточно-Тихоокеанский подвижный пояс (Кордильерский). В областях, где складчатые структуры поясов выходят на поверхность, выделяют разновозрастные складчатые системы, разделённые крупными массивами докембрийской континентальной коры (в прошлом – микроконтинентами в океанах) или межгорными прогибами. Неск. складчатых систем иногда объединяют по структурному и/или геоисторич. признаку в складчатые области (напр., Верхояно-Чукотская складчатая область Западно-Тихоокеанского пояса, Алтае-Саянская складчатая область Урало-Охотского пояса). Складчатые образования подвижных поясов частично перекрыты палеозойско-мезозойско-кайнозойскими осадочными чехлами молодых платформ. Б. ч. поясов, кроме Тихоокеанского, относится к межконтинентальному типу; они в осн. возникли на месте океанов, раскрывшихся в позднем рифее (позднем протерозое по междунар. стратиграфич. шкале, позднее 1 млрд. лет назад) при распаде суперконтинента Родиния [Альпийско-Гималайский пояс – на месте океана Неотетис (см. в ст. Тетис), образовавшегося в юре при деструкции Пангеи]. Межконтинентальные пояса завершили своё развитие (кроме Альпийско-Гималайского пояса) полным поглощением океанич. коры и коллизией ограничивающих их континентов, поэтому их также называют коллизионными. Тихоокеанский пояс, являющийся окраинно-континентальным, зародился на границе распадавшейся Родинии с Прапацификом (предшественником Тихого ок.); его развитие было связано с субдукцией (поддвигом) коры Прапацифика, а затем Тихого ок. под смежные континентальные блоки. Пояс формировался в ходе аккреции тектонической (присоединения) микроконтинентов и островных дуг к краю континентов и ещё не закончил своё развитие; его также называют субдукционным или аккреционным.
Складчатые системы в составе подвижных поясов обычно отделены от древних платформ передовыми (краевыми, предгорными) прогибами (напр., Предуральский, Предальпийский, Предаппалачский). Передовые прогибы, а также разделяющие соседние системы межгорные прогибы заполнены продуктами денудации горно-складчатых поясов – молассами, возраст которых соответствует времени горообразования (орогенеза). В поперечном сечении складчатых систем выделяются внешние и внутр. зоны. В окраинно-континентальных подвижных поясах внешние зоны и передовые прогибы развиты лишь на континентальной стороне складчатых систем, а в межконтинентальных – присутствуют с обеих сторон. Внешние зоны, как и передовые прогибы, образуются на месте быв. пассивных континентальных окраин – внешнего шельфа, континентального склона и подножия, карбонатные и терригенные отложения которых испытывают складчато-надвиговые деформации и смещаются в направлении платформ обычно со срывом с континентального фундамента. Поверх них нередко наблюдаются синформы тектонич. покровов, перемещённых из внутр. зон складчатых систем и сложенных, в частности, офиолитами (напр., на зап. склоне Урала). В тыловой части внешних зон местами наблюдаются поднятия вовлечённого в деформации фундамента (напр., Внешние Кристаллич. массивы Альп, Высокие Гималаи). Внутр. зоны (напр., внутр. зона Кордильер) формируются преим. на месте активных зон перехода океан – континент и, как правило, состоят из «мозаики» террейнов – разнородных палеоструктурных элементов древних океанов. В их строении участвуют: офиолиты (древняя океанич. кора), островодужные вулканиты, флиш задуговых бассейнов, аккреционных призм и глубоководных желобов; щелочные базальты подводных вулканов, вулканов-островов, гайотов и океанич. плато; карбонатные постройки подводных поднятий, атоллов и рифовые образования, а также субдукционные и коллизионные гранитоиды. Породы обычно метаморфизованы в разл. степени. Присутствуют гранитные батолиты и гранитогнейсовые купола. Структура внутр. зон сложная, напряжённая и менее упорядоченная по сравнению с внешними зонами; она осложнена продольными и поперечными сдвигами, нередко унаследованными от трансформных разломов закрывшегося океана.
Молодые платформы разделяют соответственно возрасту складчатого фундамента на эпибайкальские (напр., Баренцево-Печорская платформа, Мёзийская платформа), эпикаледонские, эпигерцинские (напр., Западно-Сибирская платформа, Скифская и Туранская платформы), эпикиммерийские. Некоторые молодые платформы имеют разновозрастный фундамент (напр., Западно-Европейская платформа). В отличие от кратонов, фундамент молодых платформ называют складчатым, т. к. степень метаморфизма и складчатость слагающих его пород обычно умеренные. На молодых платформах общему погружению и началу формирования осадочного чехла, как и на древних платформах, предшествовал этап рифтогенеза. За редким исключением (напр., Западно-Европейская платформа) складчатый фундамент на поверхность не выходит, поэтому молодые платформы часто именуют плитами.
B складчатых системах подвижных поясов выделяют раннюю группу эндогенных месторождений доорогенной стадии, связанную c магматизмом основного и ультраосновного состава и представленную рудами железа, титана, хрома, ванадия, металлов платиновой группы, колчеданно-полиметаллич. рудами, a также позднюю группу орогенной стадии, ассоциированную c гранитным магматизмом, для которой характерны эндогенные месторождения руд золота, серебра, меди, молибдена, олова, вольфрама, лития, тантала и др. К передовым и межгорным прогибам приурочены месторождения нефти и природного горючего газа, углей, каменной и калийных солей. В осадочном чехле молодых платформ заключены месторождения, аналогичные таковым чехла древних платформ.
Некоторые участки древних платформ и подвижных поясов, вступивших в платформенное развитие, в ходе дальнейшей эволюции оказались вовлечены в повторное горообразование с формированием поясов возрождённых гор (внутриконтинентальных орогенов; напр., Центральноазиатский пояс). Толщина земной коры в областях горообразования (как первичного – коллизионного и аккреционного, так и повторного – эпиплатформенного) возрастает до 45–75 км. В пределах континентальных рифтовых систем (Байкальская рифтовая система, Восточно-Африканская рифтовая система, Западно-Европейская рифтовая система), наложенных как на древние платформы, так и на подвижные пояса, земная кора имеет сокращённую толщину (25–30 км). Интенсивная сейсмичность на континентах характерна для областей горообразования и рифтообразования.
Океаны
Океаны отличаются от континентов тонкой (в ср. 5–7 км) корой; толщина литосферы в их пределах не превышает 100 км (обычно значительно меньше). В составе коры отсутствуют породы кислого состава, а в осадочном чехле развиты гл. обр. пелагич. осадки. Возраст коры не превышает 170 млн. лет, и она не испытала столь сложных деформаций и интенсивного метаморфизма, как кора континентов. Океаны в структурном отношении построены проще континентов, что связано с их более молодым возрастом.
Гл. структуры океанов – срединно-океанические хребты, в совокупности образующие глобальную систему, и абиссальные равнины, расположенные между хребтами и континентальными подножиями. Для обозначения структурных элементов океанов используют геоморфологич. терминологию, что связано с соответствием их геоморфологич. и тектонич. форм вследствие слабой денудации и аккумуляции. На оси срединно-океанич. хребтов происходит спрединг (раздвиг дна и новообразование океанич. коры). Соответственно скорости спрединга хребты разделяют на быстроспрединговые (более 7 см/год; напр., Восточно-Тихоокеанское поднятие), со ср. скоростью спрединга (3–7 см/год; напр., Австрало-Антарктическое поднятие, Южно-Тихоокеанское поднятие), медленноспрединговые (менее 3 см/год; напр., Срединно-Атлантический хребет). Строение срединно-океанич. хребтов осложнено осевыми рифтами, в пределах которых проявлены активная сейсмичность, вулканизм и гидротермальная деятельность. Осевые рифты отсутствуют у быстроспрединговых хребтов, у которых они замещены осевым горстом. Срединные хребты пересечены многочисл. трансформными разломами, которые делят их на сегменты, смещённые относительно друг друга. Трансформные разломы сейсмически активны только на отрезках между точками пересечения с осями спрединга. В пределах относительно асейсмичных абиссальных равнин распространены внутриокеанические поднятия – линейные «асейсмичные» хребты (напр., Восточно-Индийский хребет) и изометричные или вытянутые океанич. плато (напр., плато Онтонг-Джава в Тихом ок.), обладающие более мощной корой (до 25–30 км и более). Эти поднятия разделяют абиссальные равнины на котловины; осн. их часть имеет вулканич. происхождение (напр., Гавайский хребет) и образовалась над горячими точками и горячими пятнами в мантии З. В океанах также существуют поднятия (частично подводные), обладающие корой континентального типа; их выделяют в качестве микроконтинентов (напр., Мадагаскар в Индийском ок.).
B океанах установлены весьма крупные скопления железомарганцевых конкреций и корок (являются перспективным источником Mn, Ni, Cu, Co), металлоносные осадки (содержат Fe, Mn, Cu, Zn, Ni и др.). Выявлены сульфидные полиметаллич. постройки и залежи, образующиеся на дне океанов у выходов гидротермальных источников; возможна пром. разработка этих объектов.
Переходные зоны от континентов к океанам
Переходные зоны от континентов к океанам представлены континентальными окраинами – пассивными, активными и трансформными. Пассивные окраины распространены на зап. и вост. периферии Африки, зап. перифериях Австралии, Европы, вост. периферии Юж. Америки и в др. местах. Они достаточно асейсмичны и авулканичны (не повсеместно), т. к. находятся в пределах той же литосферной плиты, что и смежные с ними континент и океан (до ближайшего срединно-океанич. хребта). Состоят из шельфа, континентального склона и подножия, в пределах которых мощность континентальной коры, испытавшей тектонотермальную переработку, постепенно уменьшается. Пассивные окраины, в пределах которых широко развиты вулканиты, излившиеся при раскрытии смежного океана, относят к вулканич. пассивным окраинам (напр., сев.-зап. окраина Европы, юго- вост. окраина Гренландии). Активные окраины развиты на вост. и юж. периферии Азии, зап. периферии Сев. и Юж. Америки и в др. районах. Они, напротив, характеризуются интенсивными сейсмичностью и вулканизмом, т. к. приурочены к конвергентным границам литосферных плит, где плиты сближаются и происходит субдукция (поддвиг) одной литосферной плиты под другую. Активные окраины развиваются в осн. на океанич. коре; кроме шельфа, континентального склона и подножия (как правило, узких), включают окраинные моря (задуговые бассейны), вулканич. островные дуги и глубоководные желоба (окраины западнотихоокеанского типа) или только глубоководные желоба (окраины андского типа). С осью желобов активных окраин совпадает выход на поверхность зон субдукции и связанных с ними сейсмофокальных зон. Трансформные окраины распространены ограниченно (напр., зап. окраина Африки вдоль сев. побережья Гвинейского зал.). Для них характерен узкий шельф и крутой континентальный склон, совпадающий с зоной трансформного разлома.
В переходных зонах от континентов к океанам на шельфах континентальных окраин локализуются крупные месторождения нефти и природного горючего газа, месторождения фосфоритов. В прибрежной зоне широко распространены россыпные месторождения магнетита, ильменита, касситерита, рутила, циркона, монацита, золота, алмазов, а также строит. песков и гравия. Подробнее о полезных ископаемых, их генезисе, ресурсах см. в статье Минеральные ресурсы, а также в статьях об отд. видах полезных ископаемых (нефть, медные руды и т. п.), бассейнах (напр., Персидского залива нефтегазоносный бассейн), месторождениях (напр., Аргайл, Гавар).
Рельеф
Общее представление об осн. особенностях рельефа З. даёт гипсографическая кривая, показывающая относительное распределение площадей земной поверхности в зависимости от высот суши и глубин моря в прямоугольных координатах. На ней отчётливо прослеживаются два уровня – материковый и океанический. Наличие двух уровней – отличительная черта рельефа З.; на Луне, Марсе и Венере гипсографич. кривые показывают существование только одного преобладающего уровня, несмотря на присутствие двух типов поверхности – «материкового» и «океанического». Самый крупный на З. Тихий ок. симметричен относительно экватора и расположен в одноим. сегменте З., Индийский, Атлантический океаны и все материки (кроме Антарктиды) занимают противоположный, Индо-Атлантический, сегмент. На границах этих сегментов наблюдается наиболее расчленённый надводный и подводный рельеф.
На З. существуют вертикальные высотные и глубинные интервалы, где преобладают разл. рельефообразующие процессы – уровни: вершинной поверхности гор, снеговой границы, эрозионно-аккумулятивный материковых равнин, абразионно-аккумулятивный побережий и шельфов, карбонатной компенсации, предельной бескарбонатной аккумуляции абиссальных равнин, днищ глубоководных желобов. Своеобразным «зеркальным отражением» вершинной поверхности гор является уровень днищ глубоководных желобов. На материках и в океанах экзогенные процессы подчиняются трём осн. закономерностям: широтной зональности, вертикальной поясности (высотной и глубинной), циркумокеанической и циркумконтинентальной секторности.
Крупнейшие формы рельефа З. (геотектуры) – материки, океаны, равнинно-платформенные и горные области. Они возникли гл. обр. в результате планетарных процессов и отражают важнейшие пространственные различия в строении земной коры. Геотектуры подразделяются на формы меньших размеров – морфоструктуры (формы рельефа, в образовании которых гл. роль играют эндогенные процессы) и морфоскульптуры (относительно небольшие формы рельефа, образующиеся гл. обр. под воздействием экзогенных процессов). Наиболее крупными элементами суши являются равнинные и горные области (см. Физическую карту).
Равнинные области
Равнинные области занимают 64% площади поверхности суши. Обычно они приурочены к древним и молодым платформам. В размещении этих областей наблюдается симметрия: они протягиваются двумя широтными поясами, один из которых расположен в Северном, другой – в Юж. полушарии. В Сев. полушарии находятся Северо-Американская, Восточно-Европейская и Сибирская равнинные области, в Южном – Южно-Американская (Бразильская), часть Африкано-Аравийской и Австралийская. В пределах платформенных равнин имеются отд. низменности, возвышенности, плато, плоскогорья и высокоподнятые массивы. Крупнейшими равнинами суши являются Восточно-Европейская равнина в Европе, Западно-Сибирская равнина, Великая Китайская равнина, Индо-Гангская равнина в Азии, Великие равнины и Центральные равнины в Сев. Америке, Амазонская низменность в Юж. Америке, равнины Сахары в Африке. На равнинах наиболее распространены эрозионно-аккумулятивные, или флювиальные, морфоскульптуры (рытвины, овраги, балки, речные долины, аллювиальные равнины и др.). Ледниковые формы рельефа равнин сформировались в районах распространения древнего оледенения («бараньи лбы», моренные гряды, озы, моренные равнины и др.). На севере Сев. Америки и северо-востоке Евразии, в областях распространения многолетнемёрзлых пород, широко распространены формы мерзлотного (криогенного) рельефа – бугры пучения, аласы и др. Для пустынь, полупустынь и сухих степей характерен аридный рельеф. Особый тип пустынь – полярные пустыни Арктики и Антарктики. См. также Равнина.
Горные области
Горные области занимают 36% площади поверхности суши. На З. наиболее высокие горы образуют три пояса. Первый пояс протягивается вдоль берегов Тихого ок. Он состоит из восточной (Кордильеры Северной Америки, Анды) и западной (Чукотское нагорье, Колымское нагорье, Срединный хребет, Черского хребет, Верхоянский хребет, Джугджур, Сихотэ-Алинь и др.) ветвей; возможно, его замыкают Трансантарктические горы. Второй пояс пересекает в широтном направлении Евразию, захватывая Сев. Африку, включает Альпийско-Гималайский (Атлас, Пиренеи, Апеннины, Альпы, Карпаты, Большой Кавказ, Малый Кавказ, Иранское нагорье, Памир, Гиндукуш, Каракорум, Куньлунь, Гималаи и др.) и Центральноазиатский (Тянь-Шань, Алтай, Западный Саян, Восточный Саян, Становое нагорье, Становой хребет, Большой Хинган и др.) подвижные пояса. Третий пояс приурочен к Восточно-Африканской рифтовой системе. Тихоокеанский и Альпийско-Гималайский пояса включают как эпигеосинклинальные, так и эпиплатформенные горы, остальные – только эпиплатформенные (возрождённые). В нижнем поясе преобладают эрозионно-аккумулятивные формы рельефа, затем – обвально-осыпные, выше снеговой границы – гляциально-нивальные. Характерный облик придают горам выпаханные ледниками троги, острые вершины, эрозионные ущелья, каньоны. Для горных областей характерны нагорья. См. также Горы.
Дно океанов подразделяется на подводную окраину материка, переходные зоны от материка к океану, ложе океана и срединно-океанические хребты и поднятия.
Подводная окраина материка
Подводная окраина материка (ок. 14% площади поверхности З.) включает относительно мелководную часть мор. дна – материковую отмель (шельф), материковый склон – осн. склон планеты, разделяющий два главных её гипсометрич. уровня, и материковое подножие.
Переходные зоны
Переходные зоны (ок. 7% площади поверхности З.). Ложе океана не во всех областях земного шара непосредственно граничит с материковым подножием. В сохранивших тектонич. подвижность районах между материком и ложем океана расположены переходные зоны, которые отличаются значит. шириной и резкой сменой поднятых и глубоко опущенных участков дна. Они приурочены к Тихоокеанскому поясу и зап. части Альпийско-Гималайского пояса и в типичном виде состоят из котловины окраинного моря (напр., Берингово море, Охотское море), островной дуги (напр., Алеутские острова, Курильские острова) и глубоководного жёлоба (напр., Алеутский жёлоб, Курило-Камчатский жёлоб). На широте Филиппинского м. и южнее глубоководные желоба и островные дуги протягиваются в неск. рядов, в районе Малайского архипелага они приобретают в плане сложные петлевидные очертания и соседствуют с глубокими котловинами и крупными массивами островной суши, а в Средиземноморской области доминирующим подводным элементом переходной зоны становятся котловины внутр. морей. В переходной зоне вдоль зап. побережий Юж. Америки и юж. части Сев. Америки котловины окраинных морей отсутствуют, роль островных дуг играют горные цепи Кордильер Сев. Америки и Анд, а глубоководные желоба протягиваются вдоль подножия склона материка. В этом районе отмечается наибольшая амплитуда расчленённости рельефа З. – 15 139 м (глубина Чилийского жёлоба до 8180 м, выс. соседних гор до 6959 м – гора Аконкагуа).
Ложе океана
Ложе океана (ок. 40% площади поверхности З.) соответствует океанич. платформам (талассократонам), имеет ячеистое строение: котловины ложа отделяются друг от друга подводными хребтами, возвышенностями, валами и плато. Днища котловин заняты абиссальными равнинами. Наиболее обширные из них расположены в Тихом ок. – в Северо-Западной котловине, Северо-Восточной котловине, Южной котловине. Среди равнинных пространств ложа океана часто встречаются подводные вулканы, некоторые из них имеют уплощённые вершины (гайоты).
Срединно-океанические хребты и поднятия
Срединно-океанические хребты и поднятия (ок. 10% площади поверхности З.) образуют самую протяжённую (60 тыс. км, с ответвлениями до 80 тыс. км) на З. единую систему горного рельефа, прослеживающуюся на дне всех океанов. Относительная выс. до 4872 м (Северо-Атлантический хребет). Они пересечены уступами и узкими впадинами, обусловленными трансформными разломами. Вдоль осевой зоны срединных хребтов Атлантического ок. и зап. части Индийского ок. прослеживаются рифтовые долины, на Южно-Тихоокеанском поднятии и Восточно-Тихоокеанском поднятии протягиваются вулканич. гряды. Отд. вершины хребтов поднимаются над уровнем океана в виде вулканич. островов (Тристан-да-Кунья, Буве, Святой Елены остров и др.). Каждый из срединных хребтов имеет своё продолжение в области коры материкового типа: рифтовые нарушения Восточно-Тихоокеанского поднятия прослеживаются в структурах Калифорнийского зал. и Кордильер Сев. Америки, нарушения Аравийско-Индийского хребта – в грабенах-рифтах Аденского зал., Красного м. и в разломах Вост. Африки, нарушения Гаккеля хребта – через губу Буор-Хая в Момо-Селенняхской впадине. Одна из важнейших особенностей рельефа дна океана – широкое распространение отдельно стоящих подводных гор относительной выс. до 500 м. Они осложняют почти все элементы подводного рельефа (кроме шельфа). Их число, по последним данным, составляет ок. 16 тыс. (на материках – 200). На дне океанов морфоскульптуры образуются под влиянием береговых абразионно-аккумулятивных процессов, деятельности мутьевых (суспензионных) потоков, оползания, аккумуляции, воздействия придонных течений и др. Несмотря на невысокую интенсивность этих процессов, длительность их воздействия часто приводит к образованию очень крупных форм рельефа (гигантские конусы выноса, крупнейшие на З. оползневые тела и др.).
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Носителем наиболее своеобразных и характерных особенностей З. является её географическая оболочка – целостная оболочка З., охватывающая нижние слои атмосферы, верхние толщи земной коры, гидросферу, криосферу и биосферу. Все эти геосферы, проникая друг в друга и находясь в тесном взаимодействии, непрерывно обмениваются веществом и энергией. От др. оболочек З. она отличается наличием жизни, многообразием видов свободной энергии, присутствием вещества в трёх агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном), а также возрастающим и преобразующим влиянием биосферы, антропогенными воздействиями.
Главный источник всех процессов, происходящих в географич. оболочке, – энергия Солнца. Между Сев. и Юж. тропиками Солнце находится в зените дважды в год; продолжительность дневного времени суток на экваторе в течение всего года равна 12 ч, а между тропиками колеблется от 11 до 13 часов. В умеренных широтах между тропиками и полярными кругами Солнце не бывает в зените, его полуденная высота летом значительно больше, чем зимой, так же как и продолжительность дневного времени суток, причём эти сезонные различия растут с приближением к полюсам. За полярными кругами Солнце летом не заходит, а зимой не восходит в течение тем большего времени, чем больше широта места. На полюсах год делится на длящиеся 6 мес день и ночь. Особенностями видимого движения Солнца определяется приток солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы на разл. широтах и в разные моменты и времена года (т. н. солярный климат): в тропич. поясе он имеет годовой ход с небольшой амплитудой и двумя максимумами в течение года; в умеренных поясах – летом сравнительно мало отличается от тропиков, меньшая высота солнца компенсируется увеличенной продолжительностью дня, но зимой быстро уменьшается с широтой; в арктич. и антарктич. поясах при длительном непрерывном дне летний приток радиации также велик – в день летнего солнцестояния на полюса поступает даже больше солнечной радиации, чем на экваторе, а в зимнее время солнечная радиация отсутствует. Неравномерное поступление и распределение солнечной радиации по шарообразной поверхности З. приводит к глобальной пространственной дифференциации природных условий – горизонтальной (см. Географические пояса, Зона географическая) и высотной поясности.
Широтные климатич. пояса оказывают столь существенное влияние на др. стороны географич. оболочки, что деление природы З. по всему комплексу признаков почти соответствует климатич. поясам, в осн. совпадая с ними по числу, конфигурации и названиям.
В пределах атмосферы солнечная радиация испытывает незональные влияния, обусловленные разл. содержанием водяного пара и пыли, разной облачностью и др. особенностями газового и коллоидного состояния атмосферы. Отражением этих влияний является сложное распределение величин радиации, поступающей на поверхность З. Незональный характер имеют распределение суши и моря, особенности орографии, морские течения и пр.
Гидросфера, или водная оболочка З., содержит воду во всех её агрегатных составляющих и пронизывает все геосферы планеты. Св. 94% общего объёма гидросферы сосредоточено в океанах и морях, ок. 4% заключено в подземных водах, ок. 2% – в составе криосферы и всего 0,013% – в поверхностных водах суши (реки, озёра, водохранилища, болота). Природные воды содержат почти все химич. элементы. В океанич. воде преобладают кислород, водород, хлор и натрий, в водах суши – карбонаты. Содержание минер. веществ в водах суши (солёность) сильно колеблется в зависимости от местных условий и прежде всего от климата. Реки и пресные озёра, как правило, слабо минерализованы, их солёность изменяется от 50 до 1000 мг/л. Солёность морской воды колеблется от 1 до св. 40‰ (Красное м.), в ср. составляя ок. 35‰. Самая большая концентрация солей наблюдается в солёных озёрах (Мёртвое м. до 310‰) и подземных рассолах (до 600‰). Для Мирового ок. характерна активная циркуляция воды, вызываемая ветрами над океанич. поверхностью, разной температурой, солёностью и плотностью водной толщи. Взаимодействие океана и атмосферы вызывает планетарную циркуляцию океанич. вод, т. н. глобальный океанский конвейер, оказывающий огромное влияние на перенос тепла на земной поверхности и формирование климатов.
Значит. часть гидросферы (гидрогеосферы) находится в земной коре и в мантии З., однако подземные воды, наиболее активно участвующие в водообмене с окружающей средой, составляют лишь 0,7% их общих запасов. На территории суши, помимо ледников, ледниковых покровов, снежного покрова, принадлежащих к криосфере, поверхностные воды сосредоточены в озёрах, водохранилищах, болотах и реках. Больше всего воды содержат озёра – по разным оценкам, от 176 до 275 тыс. км3. Объём озёр, их площадь и положение уровня, особенно в бессточных областях, зависят от общей увлажнённости континентов. Бессточные озёра служат своеобразными индикаторами изменения климатических условий. В период роста увлажнённости континентов увеличиваются площадь и объём бессточных водоёмов, повышается их уровень, а в периоды уменьшения увлажнённости площадь бессточных озёр сокращается.
В 20 в. построены крупные водохранилища. Пл. водохранилищ превышает 400 тыс. км2, а с учётом озёр, находящихся в подпоре (Байкал, Онежское, Зайсан, Виктория, Онтарио и мн. др.), достигает 800 тыс. км2. Искусств. водоёмы увеличивают устойчивый речной сток с суши приблизительно на 25%. Существенный объём поверхностных вод сосредоточен на заболоч. территориях. Общая площадь болот достигает почти 3 млн. км2 (ок. 2% суши). Суммарный объём воды в болотах ок. 11,5 тыс. км3. Самая динамичная часть гидросферы – реки, их сток представляет интегральную характеристику водного баланса поверхности суши. Общий объём вод мировой речной сети составляет ок. 2120 км3, однако в течение года этот объём возобновляется в среднем ок. 24 раз; водные ресурсы рек ок. 43 тыс. км3 в год. Частью гидросферы служит и влага, находящаяся в атмосфере преим. в виде водяного пара, тумана и облаков, а также капель дождя и кристаллов снега. Поступающая в атмосферу влага в результате испарения с поверхности океанов и суши переносится возд. течениями, конденсируется и снова выпадает на поверхность З. Её общее количество оценивается в 577 тыс. км3 в год. Влага атмосферы в результате её очень быстрого влагооборота (полная смена влаги происходит за 9–10 дней) играет важную роль в процессах, происходящих на земной поверхности.
Значит. роль в природе З. играет криосфера, где сосредоточены большие запасы воды (в виде льда и снега) и холода. Природные льды (в т. ч. подземные) занимают пл. 72,4 млн. км2 (14,2% поверхности З. и ок. 50% поверхности суши), ледники и ледниковые покровы 16 млн. км2 (11% суши), подземный лёд 32 млн. км2 (21,5% суши), морской лёд 26 млн. км2 (7% океана); снежный покров и льды в течение года покрывают от 53,6 до 91,2 млн. км2, абс. максимум в кон. 20 – нач. 21 вв. достигал 99,2 млн. км2. Подавляющую массу наземных льдов образуют ледники и ледниковые покровы (30·1015 т, почти в 5 раз больше массы жидких поверхностных вод суши), в них сосредоточено 98,2% всей массы льда З. Совр. оледенение распространено в Антарктиде (объём 23 296 630 км3, пл. распространения 13 979 тыс. км2), Сев. Америке с Гренландией (2 431 773 км3, 2076,6 тыс. км2), Европе (21 082 км3, 92,1 тыс. км2), Азии (16 260 км3, 136,8 тыс. км2), Юж. Америке (12 690 км3, 32,3 тыс. км2), Океании (550 км3, 0,82 тыс. км2), Африке (<1 км3, 0,02 тыс. км2).
Высокое альбедо снежно-ледниковых поверхностей перестраивает радиац. баланс всей З. Ср. альбедо З. 0,35, над ледниковыми покровами отражённая солнечная радиация увеличивается в 2,5 раза, над областями питания горных ледников в 2 раза, над островными ледниковыми куполами на 0,3, а над языками горных ледников на 0,2. Значит. часть солнечной энергии, приходящей к ледникам, уходит обратно в атмосферу. Наибольшее воздействие на климат оказывает антарктич. ледниковый покров. Здесь формируется Антарктический антициклон, сохраняющийся почти круглый год. Наличие огромного ледяного материка в Юж. полушарии – гл. причина того, что оно на 2,2 °C холоднее Северного. Площади сезонного снежного покрова значит. больше в Сев. полушарии, где он зимой покрывает два огромных материка; в Юж. полушарии его распространение ограничено преобладанием над сушей пространств Мирового ок. В конце зимы Сев. полушария (в феврале) снегом покрыто 19,2% поверхности З. (31% в Сев. полушарии, 7,5% в Южном), в конце зимы Юж. полушария (в августе) – лишь 9,2% (14% в Юж. полушарии и 4,3% в Северном).
Снежный покров формирует специфич. звено мирового влагооборота – обмен водой между океанами происходит в т. ч. и через снежную толщу, в которой влага задерживается на неск. месяцев. Напр., Евразия получает 75% снега из осадков, сформировавшихся над Атлантическим ок., 20% – над Тихим ок. и 5% – над Индийским ок. Соотношение обратного поступления талых вод иное: значит. часть влаги из Евразии уходит в Сев. Ледовитый ок., затем в Тихий и Индийский океаны и меньше всего возвращается в Атлантический океан.
Осн. области распространения многолетнемёрзлых горных пород сконцентрированы в Сев. полушарии, где их мощность составляет десятки и сотни метров, в Центр. Якутии достигает 1,5 км. Темп-ра в этих толщах опускается до –20 °C. Несмотря на глобальное потепление последних лет, температурный режим вечной мерзлоты меняется мало, она продолжает господствовать на огромных территориях Азии и Сев. Америки.
Морские льды образуются зимой Юж. полушария на огромных пространствах Мирового ок. вокруг Антарктиды в полосе шириной 500–2000 км, а летом от них остаётся лишь узкая полоса разреженных льдов вдоль побережья, которая разрывается в районах Антарктического п-ова, морей Росса и Содружества, и лишь в море Уэдделла сохраняется большой ледяной массив. Б. ч. сезонных льдов достигает толщины 1,5–2 м. Сев. Ледовитый ок. имеет мощный ледяной покров, занимающий в марте ок. 11,4 млн. км2, в сентябре – 7 млн. км2. Сезонные льды в Сев. Ледовитом ок. зимой достигают толщины 0,8–2 м, а круглогодичные в центр. части – 4,5 м.
В результате глобального потепления климата размеры криосферы сокращаются. Уменьшается площадь многолетних льдов в Сев. Ледовитом ок.: за 10 лет в кон. 20 – нач. 21 вв. почти на 9% в декабре и на 2,5% в марте. Сокращается продолжительность ледовых явлений на реках и озёрах, заметно деградируют ледники в большинстве горных районов. Уменьшается масса льда в Гренландии и Зап. Антарктиде, в то время как в Вост. Антарктиде она мало изменяется и, возможно, даже растёт.
Климатические пояса
В основе климатич. районирования З. лежит выделение поясов, зон и областей с более или менее однородными условиями климата, их границы не только не совпадают с широтными кругами, но и не всегда огибают земной шар (зоны в таких случаях разорваны на изолированные области). Наиболее широко используется построенная на генетич. принципах классификация климатов Б. П. Алисова (1950, 1953), которая уточнялась с использованием материалов более поздних наблюдений. От экватора к северу и югу выделяются 13 климатических поясов, по преобладанию в течение года определённой возд. массы из них различают 7 основных: экваториальный; по тропич. и умеренному в каждом полушарии; арктич. и антарктич. Между осн. поясами формируются три переходных, характеризующихся сезонной сменой преобладающего типа возд. масс: субэкваториальный (летом преобладает экваториальный воздух, зимой – тропический), субтропический (летом – тропич. воздух, зимой – умеренный), субарктич. или субантарктич. В каждом широтном поясе над сушей выделяется континентальный тип климата, а над океаном – океанический. См. карту Климатические пояса и области.
Экваториальный пояс
Экваториальный пояс включает приэкваториальные области пониженного атмосферного давления, способствующие длительному пребыванию возд. масс в однородных термич. условиях и формированию воздуха этого пояса из тропич., выносимого к экватору пассатами Сев. и Юж. полушарий. Экваториальный пояс не образует сплошной полосы, а формирует три области, в нём выделяются континентальный и океанический типы климата, мало отличающиеся друг от друга по сравнению с климатами более высоких широт. Характерны самый высокий на З. радиац. баланс [на материках в целом за год (3–3,5)·103 МДж/м2, на поверхности океанов (4–5)·103 МДж/м2] и избыточное увлажнение земной поверхности, годовая сумма осадков, равномерно распределённых в течение года, на равнинах колеблется от 1000 до 3000 мм в год, достигает в отд. годы на склонах гор 14 000 мм (подножие вулкана Камерун). Температурный режим очень равномерный с высокими темп-рами воздуха в течение всего года (24–29 °C), макс. темп-ры редко превышают 35 °C. Часты грозы (на низменностях о. Суматра отмечается до 190 дней в году с грозами).
Субэкваториальные пояса
Субэкваториальные пояса (пояса экваториальных муссонов). Располагаются к северу и югу от экватора. Наиболее далеко простирается в высокие широты над юго-востоком Азии субэкваториальный пояс Сев. полушария. Климат этих поясов формируется под действием сезонного смещения внутритропич. зоны конвергенции и характеризуется сезонной сменой преобладающих возд. течений и сменой от зимы к лету тропич. возд. массы на экваториальную. Здесь резко проявляются различия в климате материков и океанов. Часто зарождаются тропич. циклоны с ветрами ураганной силы и значит. осадками (особенно в Юго-Вост. Азии и Центр. Америке).
Континентальный субэкваториальный климат характеризуется наличием сухого зимнего и влажного летнего сезонов. Радиац. баланс в целом имеет большие величины в течение всего года [за год (2,5–3)·103 МДж/м2]. Лето жаркое, темп-ры воздуха выше 30 °C. В зоне тропич. муссонов, в Вост. Африке и на юго-западе Азии наблюдаются и самые высокие среднегодовые темп-ры на земном шаре (30–32 °C). За период летнего муссона выпадает до 80% и более годовой суммы осадков. На равнинах по мере удаления от экватора дождливый сезон сокращается, количество осадков уменьшается от 1000–1500 мм до 300–400 мм в год. В горных районах на наветренных склонах гор выпадает громадное количество осадков, в Черапунджи (самое влажное место на З.) на юж. склоне Гималаев в среднем 13000 мм осадков в год (в отд. годы до 22 900 мм). Зимой устанавливается умеренно-тёплая погода, макс. дневные темп-ры не превышают 25 °C. Изменения в сроках наступления влажного летнего муссона вызывают засухи, для Индии в целом, напр., каждый седьмой год засушливый. Отсутствие сухого сезона при значит. годовом количестве осадков (1600–2400 мм) на сев.-вост. побережье Юж. Америки и на вост. побережье Индокитая, где зимним муссоном является тёплый и влажный сев.-вост. атлантич. пассат, способствует развитию здесь постоянно влажного климата.
Океанический субэкваториальный климат также характеризуется сменой преобладающих возд. масс. Для него характерны высокие значения радиац. баланса (за год ок. 5·103 МДж/м2), ср. суточные темп-ры воздуха (25–27 °C) и незначит. годовые и суточные амплитуды (2–3 °C). В годовом ходе осадков здесь отмечается та же тенденция, что и в субэкваториальном континентальном климате. В сев.-зап. части Тихого ок. под влиянием Евразии зимой преобладает устойчиво стратифицированный континентальный тропич. воздух, образованный из холодного умеренного воздуха с материка, понижая вероятность выпадения осадков и ср. темп-ру воздуха до 13–14 °C.
Тропические пояса
Характеризуются определяющей ролью радиац. процессов в формировании климата, особенно над материками, где возд. массы, поступающие из более высоких широт, быстро прогреваются и иссушаются.
Континентальный тропический климат особенно чётко проявляется в тропич. широтах Азии и Сев. Африки. Характерные особенности – жаркое лето, значит. сухость воздуха, малая облачность, незначит. выпадение атмосферных осадков, большие суточные и годовые амплитуды колебаний темп-ры воздуха и почвы (суточные колебания значительно превышают годовые), более низкие значения радиац. баланса (за год ок. 2,5·103 МДж/м2). Темп-ра воздуха летом достигает предельно высоких на З. значений – 57,8 °C (Сев. Африка, Ливия), ср. темп-ры воздуха летом в Австралии 30–40, в Азии и Сев. Америке 34, в Юж. Африке 30, в Юж. Америке 28 °C. Зимой среднемесячная темп-ра 12–20 °C; на Аравийском п-ове, в пустыне Калахари, в Австралии и в Юж. Америке при вторжениях умеренного воздуха темп-ра опускается ниже 0 °C и выпадает снег. Континентальные тропич. районы Сев. Африки и Азии являются и самыми засушливыми районами тропич. пояса; в год выпадает до 100 мм осадков. В пустынях Австралии зимой количество осадков возрастает до 300 мм в год, в Сев. Америке повышается с севера на юг от 250 до 600 мм, в Юж. Америке – св. 500 мм.
В океаническом тропическом климате пассаты, дующие по периферии субтропич. антициклонов, способствуют выносу относительно холодного воздуха из более высоких широт в вост. и центр. частях океанов и адвекции более тёплого и влажного воздуха из приэкваториальных районов в зап. частях, формируя значит. различия в этих районах метеорологич. режима и годового хода радиац. баланса (среднегодовая величина 4,2·103 МДж/м2). Наличие мощных инверсий темп-ры способствует устойчивой стратификации морских тропич. возд. масс. В центр. частях океанов среднегодовые темп-ры воздуха ок. 25 °С, характерны небольшие суточные и годовые (ок. 4 °С) амплитуды колебания. Самые низкие темп-ры воздуха в течение всего года отмечаются в Сев. полушарии на северо-востоке океанов, в Южном – на юго-востоке; зимой ср. темп-ры составляют 11–12 °С, летом – 16–17 °С. Наиболее тёплыми являются юго-зап. часть океанов в Сев. полушарии и сев.- зап. – в Южном; зимой ср. темп-ры составляют 25–26 °С, летом – 27–28 °С. На б. ч. тропич. пояса океанов в год выпадает ок. 1000 мм осадков, на востоке – 100–200, на западе Тихого и Индийского океанов – до 2000 мм.
Тропический климат западных побережий материков формируется под воздействием относительно холодного морского воздуха, поступающего из более высоких широт по вост. периферии океанич. антициклонов, приводя к формированию отрицат. аномалий темп-р воздуха по сравнению со ср. широтной (18–22 °C). Особенно ярко это явление выражено в пустыне Атакама, в береговых пустынях зап. части Сахары, Юж. Калифорнии, Намиб.
Тропический климат восточных побережий материков характеризуется более высокими темп-рами воздуха по сравнению с зап. побережьями, повышенной влажностью и значит. количеством атмосферных осадков. Летом темп-ры самого тёплого месяца 25–28 °С, зимой среднемесячные темп-ры 14–24 °С, наиболее холодно в сев. части побережья Сев. Америки. Океанич. пассат, перемещаясь на запад по зап. периферии антициклонов, приносит обильные осадки на вост. побережья материков, особенно летом, и на наветренные склоны (вост. побережье Центр. Америки – св. 3000 мм, Мадагаскар – 5000 мм). Часто наблюдаются тропич. циклоны с ливнями (во Флориде за сутки отмечено 600 мм осадков, в августе 2005 затоплен г. Новый Орлеан).
Субтропические пояса
Определяются сезонной сменой умеренного и тропического воздуха, частыми изменениями погоды. Годовой радиационный баланс (2,5–2,9)·103 МДж/м2.
Континентальный субтропический климат отличается сухим жарким летом и относительно прохладной зимой, распространён в центр. частях Евразии, Сев. и Юж. Америки, где происходит трансформация приходящих возд. масс в континентальный тип. В Африке и Австралии континентальный субтропич. климат не формируется. Внутри материков в субтропич. широтах зимой преобладает повышенное атмосферное давление, а летом – пониженное, поэтому здесь формируется климат сухих субтропиков, жаркий и малооблачный летом, прохладный – зимой. Летние темп-ры, напр., в Туркмении доходят в отд. дни до 50 °C, а зимой возможны морозы от –10 до –20 °C. Годовая сумма осадков составляет местами всего 120 мм. В субтропич. поясе в Евразии в зоне резко континентального климата выделяются высокогорные области. В Азии на Памире и Тибетском нагорье формируется климат холодных пустынь. В Сев. Америке засушливый субтропич. климат формируется на небольшой территории замкнутых плато и межгорных котловин между Береговыми хребтами и Скалистыми горами, отличается более тёплой зимой. В Долине Смерти зафиксирована темп-ра воздуха 56,7 °C.
В океаническом субтропическом климате летом характерно преобладание тёплого и влажного морского тропич. воздуха. Зимой развивается циклонич. деятельность на полярном фронте, увеличивается повторяемость штормов. На востоке океанов, где преобладает перенос воздуха из более высоких широт и проходят холодные морские течения, лето более холодное, ср. темп-ры самого тёплого месяца в обоих полушариях 12–15 °С; на западе, куда поступает прошедший над тёплым океаном воздух из более низких широт, ср. темп-ры самого тёплого месяца в Сев. полушарии 24–26 °С, в Южном – 18–23 °С; в этих условиях формируется средиземноморский климат, наблюдающийся, кроме Средиземноморья, на Юж. берегу Крыма, а также в зап. части Калифорнии, на юге Африки, юго-западе Австралии.
Умеренные пояса
Характеризуются уменьшением годового радиац. баланса и увеличением его сезонных различий (зимой он приобретает отрицательные значения). С увеличением географич. широты возрастают сезонные различия в темп-ре и влажности воздуха. Интенсивно развивается циклонич. деятельность, межширотный обмен возд. масс. В умеренные широты нередко распространяется арктич. (антарктич.) и тропич. воздух, часто меняется погода, выпадение осадков связано с атмосферными фронтами.
Умеренный континентальный климат формируется только в Сев. полушарии, особенно ярко выражен в Азии (Сибирь, Забайкалье в России, север Монголии) и в Сев. Америке (Великие равнины). Велики сезонные различия радиац. баланса, зимой он отрицательный, весной и осенью резко меняется, а летом достигает величин, близких с тропич. поясом, в целом за год с севера на юг изменяется от 0,8 до 1,7·103 МДж/м2. Зимой в Азии при господстве Азиатского антициклона темп-ры воздуха опускаются в котловинах до –60 °С, в середине зимы воздух здесь становится холоднее арктического. Годовая амплитуда темп-р воздуха может достигать 50–60 °С. Европа в отличие от Азии открыта для проникновения морского воздуха с Атлантического ок., здесь формируется умеренный климат меньшей континентальности, ср. месячные темп-ры воздуха в январе понижаются в глубь материка: от 0 °С в Берлине до –11 °С в Москве. Устойчивый снежный покров на равнинной территории Евразии формируется только к востоку от Варшавы, достигает наибольшей высоты (90 см) на северо-востоке Европы и в Зап. Сибири и понижается далее на восток. Зимний Канадский антициклон менее устойчив, чем Азиатский, воздух имеет более высокие темп-ры, которые несколько повышаются в глубь материка. На Великих равнинах снежный покров мал, к востоку от них при увеличении влияния тропич. воздуха возрастает до 90 см. Лето в континентальных районах Евразии тёплое, ср. темп-ры июля 18–22 °С, на юго-востоке Европы и в Ср. Азии достигают 24–28 °С. В Сев. Америке континентальный воздух летом несколько холоднее, чем в Евразии. Годовое количество осадков на равнинной территории материков от 300 до 500 мм, в Евразии уменьшается с запада на восток и с севера на юг (на наветренных склонах Альп достигает 2000 мм), в Сев. Америке – с востока на запад. Б. ч. суши с умеренным континентальным климатом занимают горные системы: Альпы, Карпаты, Алтай, Саяны, Кордильеры Сев. Америки и др., где темп-ра воздуха летом понижается с увеличением высоты, зимой при вторжении холодных возд. масс – на равнинах бывает ниже, чем в горах.
Океанический умеренный климат. Циркуляц. системы над океанами умеренных широт в Сев. и Юж. полушариях существенно отличаются. В Сев. полушарии в течение всего года преобладает циклонич. циркуляция – летом на полярном фронте, зимой – на арктич. и полярном. Летом над Тихим ок. темп-ры воздуха изменяются с севера на юг от 8 до 15 °С; над Атлантическим ок. – с северо-запада на юго-восток от 8 до 18 °С. Зимой зап. районы океанов находятся под воздействием континентального умеренного воздуха, темп-ра воздуха опускается до –13 °С, образуются плавучие льды, осадки выпадают преим. в виде снега, в центре и на востоке темп-ра воздуха не опускается ниже 0 °С. В Юж. полушарии единый процесс циклонич. деятельности над всей акваторией океанов формирует чёткую зональность в распределении метеорологич. элементов. Темп-ра воздуха растёт с юга на север: зимой от –4 до 8 °С, летом от 4 до 12 °С (несколько холоднее, чем в Сев. полушарии).
Умеренный климат западных побережий материков имеет чётко выраженные черты морского климата и характеризуется преобладанием морских возд. масс в течение всего года. Зима тёплая, ср. темп-ры воздуха в январе изменяются с севера на юг от 0 до 6 °С, отклонения от ср. широтной темп-ры воздуха на зап. побережье Скандинавии достигают 20 °С (здесь же при вторжении арктич. воздуха темп-ра может понижаться до –25 °С). Отклонения от ср. широтной темп-ры воздуха на тихоокеанском побережье Сев. Америки составляют 12 °С. Лето редко бывает жарким, в Сев. полушарии ср. темп-ры воздуха в июле 15–16 °С, в Южном – в январе только 10 °С. Годовое количество осадков 600–1000 мм, на склонах горных хребтов до 6000 мм; небольшой максимум отмечается весной.
Умеренный климат восточных побережий материков имеет муссонные черты и сопровождается сезонной сменой ветров: зимой преобладают сев.-зап. потоки, летом – юго-восточные. Зимой на побережье Азии поступает холодный континентальный умеренный воздух, ср. темп-ры воздуха зимних месяцев от –20 до –25 °С, преобладает сухая ясная погода, осадков мало; летом распространяется морской умеренный воздух, ср. темп-ры воздуха в июле от 14 до 18 °С, часто идут дожди, возможны тайфуны. В год выпадает 600–1000 мм осадков, большая часть – летом. Вост. побережье Сев. Америки характеризуется морскими чертами климата с преобладанием зимних осадков. Зима мягкая и снежная, лето прохладное и дождливое. На вост. побережье Юж. Америки в Патагонии, загороженной Андами от влияния Тихого ок., тёплые сухие зима и лето; возможны волны холода с резким понижением темп-р до отрицательных значений.
Субарктический и субантарктический пояса
В субарктич. поясе формируются континентальный и океанич. климаты, в субантарктическом – только океанический.
Континентальный субарктический климат формируется на севере Евразии и Сев. Америки, зимой здесь преобладает арктич. воздух. Этот климат в Евразии характеризуется самой высокой континентальностью на З., годовые амплитуды колебания темп-ры воздуха достигают самых больших величин (60–65°С). Радиац. баланс в среднем за год остаётся положительным (св. 0,08·103 МДж/м2).
Океанический субарктический и субантарктический климаты характеризуются большой повторяемостью циклонов практически в течение всего года (несколько ослаблена летом), особенно в Юж. полушарии, значит. облачностью, частыми штормами и обильными осадками. Годовая амплитуда темп-ры воздуха невелика по сравнению с субарктич. континентальным: над океанами 15–16 °С, вблизи побережья 20–25 °С; зимой ср. темп-ры воздуха над океанами не бывают ниже –10 °C, летом даже на островах не превышают 10 °С. Годовая сумма осадков 300–500 мм.
Арктический и антарктический пояса
Включают полярные области, важнейшие особенности которых – наличие полярных дня и ночи, снежного и ледяного покровов в течение всего года. Годовой радиац. баланс становится отрицательным. Среди зимних месяцев нельзя выделить самый холодный (т. н. безъядерные зимы). Суровость климата определяется низкими темп-рами воздуха и сильными ветрами (см. Стоковые ветры), особенно на окраинах Арктики и Антарктики, где они связаны с циклонич. деятельностью на арктич. и антарктич. фронтах.
Континентальный антарктический и арктический климаты. Континентальный антарктич. климат – самый суровый на З., характерен для Антарктиды; континентальный арктич. климат – довольно суровый, формируется в Гренландии, также покрытой ледяным и снежным покровами. Океанический арктический климат господствует над б. ч. Арктики.
Более подробно характеристики см. в статьях о конкретных типах климата: Антарктический климат, Арктический климат и др.
Изменения климата на З. носят ритмич. характер. Ледниковые периоды сравнительно регулярно (примерно каждые 100 тыс. лет) сменяются межледниковьями. Крупное оледенение началось ок. 9–10 млн. лет назад и достигло максимума в плейстоцене. Повышение темп-ры, таяние ледников и разрушение материковых ледниковых покровов происходит последние 14 тыс. лет. Самая высокая глобальная темп-ра наблюдалась в голоцене. Позднее темп-ра понижалась вплоть до нач. 19 в., затем повышалась, особенно в кон. 20 в. Существует точка зрения, что совр. глобальное потепление не является необратимым, а соответствует естеств. ритмам изменения климата; по мнению др. исследователей, совр. эпоха – время похолодания в масштабах геологич. времени.
Географические пояса и зоны
Распределение географич. поясов и географич. зон на суше Земли осуществляется в соответствии с планетарным законом зональности географической (см. также Зональность Мирового океана). Вместе с тем значительное влияние на структуру зональности оказывают распределение суши и океанов, конфигурация материков и площадь суши в разл. широтах, характер крупных форм рельефа и др. Географич. пояса имеют отчётливое субширотное простирание в связи с тем, что их формирование зависит в первую очередь от величины солнечной радиации. В пределах поясов, занимающих наиболее обширные территории на суше Земли, вследствие различий энергетич. баланса и условий увлажнения чётко проявляется долготно-секторная дифференциация. Выделяются гумидные (океанические), а также семигумидные, семиаридные, аридные и экстрааридные (континентальные) секторы. Каждый сектор обладает индивидуальным набором географич. зон, формирующихся при условии однородного сочетания тепла и влаги. В целом набор поясов и зон типологически повторяется в Сев. и Юж. полушариях, однако строгой симметрии в структуре зональности разных полушарий нет. Вследствие большего распространения суши набор зон в Сев. полушарии значительно разнообразнее, чем в Южном. Некоторые зоны полностью выклиниваются в Юж. полушарии (напр., тундровые и лесотундровые зоны). Зоны Сев. полушария вытянуты в осн. субширотно, хотя в некоторых регионах секторные различия несколько искажают эту планировку; напр., в умеренном поясе Сев. Америки зоны широколиственных лесов, лесостепей и степей имеют субмеридиональное простирание. В Юж. полушарии зоны практически нигде не обнаруживают явного субширотного простирания, что обусловлено малой площадью материковой суши, а также барьерной ролью горных систем (см. карту Географические пояса и зоны суши).
Арктический пояс занимает пл. 6 млн. км2, или 4% суши. В пределах зон арктич. пустынь и арктотундр, имеющих субширотное простирание, расположены острова Канадского Арктического архипелага, о. Шпицберген, сев. части полуостровов Ямал, Гыданский, Таймыр и др.
Антарктический пояс представлен почти исключительно ледяными пустынями Антарктики, занимающими пл. 14 млн. км2, или 9,4% суши.
Субарктический пояс занимает пл. 13,5 млн. км2, или 9% суши. Географич. зоны в пределах пояса расположены в осн. субширотно, сменяясь от тундр на севере до лесотундр и предтундровых редколесий на юге.
Субантарктический пояс представлен приокеаническими лугами гл. обр. на островах юж. части Атлантического океана.
Умеренные пояса являются самыми обширными на З., занимая пл. 38,8 млн. км2, или 26% суши. В умеренном поясе Сев. полушария суша достигает макс. размеров по широте, а в Южном – сильно сужается и постепенно выклинивается к югу. В связи с этим ландшафты континентального сектора вытянуты по широте, а границы зон приобретают субширотное простирание. Вследствие малой площади суши в умеренных широтах Юж. полушария границы зон юж. умеренного пояса ориентированы субмеридионально. Различия в интенсивности биологич. круговорота в умеренном поясе Сев. полушария, обусловленные нарастанием теплообеспеченности в юж. направлении, позволяют выделить в его пределах два подпояса – бореальный на севере и суббореальный на юге. Бореальный подпояс представлен преим. зоной тайги, имеющей субширотное простирание и подразделяемой на три подзоны – северную, среднюю и южную. В пределах суббореального подпояса, обладающего более высокой теплообеспеченностью, соотношение тепла и влаги существенно изменяется не только по широте, но и по долготе, что обусловливает большее разнообразие его зональной структуры. В пределах океанич. секторов господствуют зоны широколиственных лесов. В зап. океанич. секторах Евразии и Сев. Америки под влиянием зап. переноса возд. масс и тёплых океанич. течений (Гольфстрим, Куросио) географич. зоны расширены и смещены к северу, а в вост. приокеанических секторах холодные океанические течения оттесняют границы зон к югу. В континентальных секторах зоны лесостепей, степей, полупустынь и пустынь в Евразии вытянуты субширотно, а в Сев. Америке в связи с барьерной ролью Кордильер приобретают субмеридиональное простирание.
Субтропические пояса распространены на пл. 21,6 млн. км2, или 14,5% суши. Для них характерна достаточно сложная смена зон, что связано с разл. степенью и характером увлажнения. В Сев. полушарии субтропич. пояс представлен полным набором зональных типов и типов высотных спектров ландшафтов, а зональная структура субтропич. пояса Юж. полушария существенно упрощена. В зап. приокеанич. секторе на всех материках развиты зоны жестколистных вечнозелёных лесов и кустарников (средиземноморского типа), для континентального сектора характерны полупустыни и пустыни, занимающие наибольшие площади в Сев. полушарии. При продвижении к вост. побережьям материков полупустыни и пустыни сменяются степями и прериями, постепенно переходящими в смешанные сезонно-влажные и влажные леса.
Тропические пояса занимают пл. 29,1 млн. км2, или 19,5% суши. Для этих поясов характерно наиболее широкое развитие аридных и экстрааридных ландшафтов пустынь и полупустынь, занимающих обширные площади в Африке, Австралии, Азии, а также в Юж. Америке. Благодаря устойчивой пассатной циркуляции на зап. побережьях материков формируются береговые пустыни с высокой относит. влажностью (Атакама, Намиб). В Юж. полушарии на зап. побережьях материков под влиянием холодных океанич. течений (Перуанское, Бенгельское) границы тропич. пояса сдвигаются к северу. На вост. окраинах материков в пределах тропич. пояса формируются гумидные и семигумидные ландшафты сезонно-влажных и постоянно-влажных тропич. лесов.
Субэкваториальные пояса занимают пл. 19,6 млн. км2, или 13,1% суши. Смена зональных типов ландшафтов в соответствии с общим увеличением увлажнения в направлении от тропиков к экватору осуществляется преим. субширотно от опустыненных саванн, редколесий и кустарников до влажных и сезонно-влажных вечнозелёных лесов. Наиболее отчётливо субширотные смены зон выражены в Африке и Юж. Америке. В Азии в связи с особенностями циркуляции атмосферы и барьерной ролью рельефа преобладает субмеридиональная ориентация зональных границ.
Экваториальный пояс распространён на пл. 6,4 млн. км2, или 4,3% суши, в Юж. Америке, Африке и Азии. Зональная структура пояса довольно проста: в его пределах выделяется зона вечнозелёных дождевых лесов, окаймлённая с севера, востока и юга зоной вечнозелёных лесов с примесью листопадных видов.
Антропогенная трансформация зональных типов ландшафтов суши. На суше сохранилось очень мало природных ландшафтов, не затронутых деятельностью человека. Полностью исчезли коренные ландшафты лесостепей и степей, субтропич. хвойных лесов и жестколистных вечнозелёных лесов и кустарников средиземноморского типа. В зависимости от глубины антропогенного преобразования совр. ландшафты подразделяются на несколько категорий. Условно-коренные ландшафты, соответствующие зональным типам ландшафтов, либо в прошлом не испытывали прямого воздействия хозяйств. деятельности, либо подвергаются совр. локальным эпизодич. воздействиям, не вызывающим качественных изменений ландшафтной структуры; они занимают 1/3 пл. суши и в осн. сосредоточены в арктич., антарктич., субарктич. и субантарктич. поясах, а также в тропич. поясе Сев. полушария (преим. пустынные ландшафты Сахары, Аравийского п-ова и др.). Значит. площади условно-коренные ландшафты занимают в таёжной зоне, особенно в подзоне сев. тайги (40–50%).
Природно-антропогенные ландшафты, в разной степени трансформированные хозяйств. деятельностью, подразделяются на вторично-производные, антропогенно-модифицированные и техногенные. Масштаб и глубина преобразования природной основы вторично-производных ландшафтов совр. антропогенными воздействиями незначительны и не сопровождаются необратимыми изменениями в структуре и функционировании. Их возникновение связано с нерациональным использованием природных ландшафтов в прошлом (перевыпасом, частым выжиганием, неумеренной вырубкой лесов и т. п.). Площадь вторично-производных ландшафтов составляет ок. 40% суши. Макс. распространение (ок. 15%) вторично-производные ландшафты получили в субэкваториальном и тропич. поясах в зонах саванн, редколесий и кустарников (в осн. в пределах Африки и Юж. Америки) и в зонах субтропич. и тропич. пустынь и полупустынь (св. 15%), где их формирование связано с процессом антропогенного опустынивания, а также в подзонах ср. и юж. тайги Сев. полушария (ок. 11%), где в результате вырубок широко распространены вторичные мелколиственные леса. Наименьшие площади вторично-производные ландшафты занимают в пределах зон субтропич. жестколистных вечнозелёных лесов и кустарников средиземноморского типа, что связано с многовековым и интенсивным хозяйств. освоением, приведшим практически к полному исчезновению как условно-коренных, так и вторично-производных комплексов.
К антропогенно-модифицированным ландшафтам относятся сильно изменённые, подвергающиеся постоянному и непосредственному хозяйственному воздействию ландшафты. Их функционирование в осн. регулируется человеком. В наибольшей степени распространены сельскохозяйственные (пахотные, плантационные и пастбищные) и лесохозяйственные модификации, занимающие в отд. регионах до 80–90% территории. В целом антропогенно-модифицированные ландшафты охватывают ок. 25% суши. Наибольшие площади занимают в зонах широколиственных лесов (до 82%), смешанных лесов умеренного пояса (до 77% в Европе), субтропич. жестколистных вечнозелёных лесов и кустарников средиземноморского типа (60–80%), лесостепей и степей (40–50%). В соответствии с особенностями совр. расселения крупнейшие ареалы антропогенно-модифициров. ландшафтов располагаются вдоль зап. и вост. побережий материков, а также в Евразии, между 55° и 35° с. ш., где зародились осн. древнейшие земледельч. цивилизации и ныне проживает св. 1/2 населения Земли.
В техногенных ландшафтах практически все природные компоненты и внутр. структура сильно преобразованы деятельностью человека. К этой группе ландшафтов, имеющих гл. обр. локальное распространение, относятся городские, водохозяйственные, горнодобывающие ландшафты и некоторые агроландшафты. Крупнейшая на земном шаре зона техногенных гор. ландшафтов (мегалополис Токкайдо) сформировалась на Японских о-вах. В Европе многовековая практика осушения и сооружения польдеров на побережье Северного м. привела к формированию обширных ареалов техногенных агроландшафтов на месте интразональных комплексов маршей умеренного пояса.
Почвы
Общая площадь суши З., покрытой почвами, как хорошо сформированными (напр., чернозёмы), так и примитивными или слаборазвитыми (некоторые почвы гор, пустынь и др.), св. 130 млн. км2. Одной из осн. характеристик почвенного покрова З. является его зональность, однако многообразие пространственных сочетаний осн. факторов почвообразования (климат, растительность, почвообразующие породы, рельеф) и разнообразие типов их эволюции создают на разл. участках поверхности множество вариантов сочетания почв друг с другом, что выражается в его сложном, мозаичном строении.
История формирования почвенного покрова
Дифференциация почвенного покрова на поверхности З. – результат длительных процессов и сложной истории развития ландшафтов. Почвы начали формироваться с момента заселения суши сначала низшими, а затем высшими организмами. Совр. почвенный покров представляет собой сложное разновозрастное образование. В процессе эволюции почвы изменялись, неоднократно переходя, напр., из одного подтипа и даже типа в другой. Обширные равнины влажных тропич. и экваториальных областей, не подвергшиеся четвертичным оледенениям и заметным тектонич. нарушениям, представляют собой территории, где стабилизированная литологич. основа существует с мезозойского и даже более древнего времени. Здесь развиты коры выветривания, на которых почвообразование идёт не прерываясь мн. сотни тысяч и миллионы лет, при этом во многих случаях и биоклиматич. обстановка не претерпевала существенных изменений. Почвенный покров совр. лесных областей умеренного пояса значительно моложе. Определяющим его возраст фактором стали плейстоценовые материковые оледенения, особенно их последние стадии, после которых поверхность покрылась разл. рыхлыми наносами, связанными с деятельностью ледника, и начался текущий (голоценовый) этап формирования почвенного покрова. Длительность его протекания в этих областях не более 10–12 тыс. лет. Почвенный покров внеледниковых территорий умеренного пояса, занятых лесостепными и степными ландшафтами, имеет больший возраст – десятки тысяч лет. Новейший этап формирования почв начинался в большинстве случаев на лёссовых аккумуляциях или наносах, связанных с трансгрессией морей. Самый молодой почвенный покров (десятки, сотни лет, первые тысячи лет) характерен для свежих аллювиальных осадков речных пойм, территорий, покрытых недавними вулканич. отложениями, а также для некоторых территорий в горных областях, где активно идущие денудационно-аккумулятивные процессы постоянно «возвращают» почвообразование на начальные стадии его развития.
Роль почвенного покрова в географической оболочке
В качестве планетарного образования почвенный покров влияет на все составляющие географич. оболочки. Так, гидросферные функции почвенного покрова выражаются во влиянии на формирование речного стока, трансформации поверхностных вод в грунтовые, в выполнении роли сорбционного барьера, защищающего акватории от загрязнения, и др. Атмосферные функции почвенного покрова планеты заключаются в поглощении и отражении солнечной радиации, регулировании влагооборота и газового режима возд. бассейна. Почвы участвуют в биогеохимич. трансформации верхних слоёв литосферы, оказываясь источником веществ для образования минералов, пород, полезных ископаемых, они обеспечивают передачу аккумулированной солнечной энергии в глубокие части земной коры, защищают её от чрезмерной эрозии. В широком плане почвенный покров выступает как связующее звено биологич. и геологич. круговоротов, а также как один из факторов эволюции живых организмов.
Использование почвенных ресурсов
Формы использования человеком почвенного покрова весьма разнообразны. Являясь неотъемлемым условием существования и благосостояния человечества (в качестве средства произ-ва для с. х.-ва), почвы используются под гражд. и пром. строительство, транспортную сеть, складирование отходов произ-ва, обеспечивают рекреационные потребности людей и др. Наиболее важной для человека характеристикой почвенного покрова З. является плодородие почвы. Уровни природного плодородия почв, не подвергающихся антропогенному воздействию, различны. В умеренных поясах З. наиболее высоким уровнем естеств. плодородия обладают чернозёмы луговых степей и чернозёмовидные почвы прерий. В более влажных лесных областях умеренного пояса повышается кислотность почв и понижается содержание элементов минер. питания, почвы испытывают недостаток тепла и избыток влаги, вследствие этого они менее плодородны. В почвах аридных областей гл. лимитирующий фактор плодородия – недостаток влаги. К нему нередко добавляются высокая щёлочность, избыток солей и, как следствие, неблагоприятные физич. и физико-химич. свойства почв. В субтропич. поясе высоким естеств. плодородием отличаются коричневые почвы, менее плодородны краснозёмы и желтозёмы, распространённые в областях с муссонным климатом. Самыми плодородными почвами тропич. областей являются слитозёмы. Несмотря на низкое содержание гумуса, азота и ряд неблагоприятных водно-физич. свойств, они используются в земледелии в значительно большей степени, чем феррозёмы и др. почвы тропиков. Ферраллитные почвы влажных экваториальных и тропич. лесов недостаточно обеспечены фосфором, азотом, калием, мн. микроэлементами.
Среди факторов, затрудняющих с.-х. использование почв, наиболее широко распространённым является недостаток влаги: засухи выступают как лимитирующий фактор плодородия на 28% пл. суши. В Юж. Азии, Африке и Австралии ими охвачено 43–55% территории. На 23% пл. суши с.-х. использование почв затрудняет их уплотнение, на 22% – их малая мощность. Избыток влаги ограничивает возможности с.-х. использования почв на 10%, а многолетняя мерзлота – на 6% пл. суши. Лишь на 11% пл. суши почвы не подвержены воздействию названных лимитирующих факторов (по данным ФАО, 1999).
Мировые статистич. данные об использовании земель свидетельствуют о том, что на З. распахано более 10% пл. почв, причём этот показатель существенно варьирует по отд. континентам и странам. В Сев. и Центр. Америке он близок к среднемировому (12,7%), несколько выше – в Азии (16,8%). Слабо используется в целях земледелия почвенный покров в Юж. Америке (6,4%), Африке (6,4%) и Австралии с Океанией (6,1%). Наиболее высока степень распаханности земель в зарубежной Европе (32,3%). Сравнение площадей пахотных земель по географич. поясам показывает, что 1-е место по общей площади пахотных земель занимают субтропики (730 млн. га); почти такие же площади пахотных земель в суббореальных подпоясах умеренных поясов (720 млн. га) и несколько меньше в тропических (656 млн. га). Площадь распаханных земель в развивающихся странах неуклонно увеличивается, в развитых странах проявляется обратная тенденция. Сокращение площади пашни за последние годы в развитых странах связано с экономич. причинами (ростом производительности труда, перепроизводством осн. с.-х. культур и снижением цен на фермерскую продукцию). Значит. доля мировых земельных ресурсов (более 26%) используется в качестве постоянных пастбищ, 32% земель занято лесами и кустарниками (ФАО, 1999). В РФ (2002) из общей площади земельного фонда (1709,8 млн. га) пашней занято 7,2%, кормовыми угодьями – 5,3%, лесами и кустарниками – 52,5% земель.
Наиболее значимым фактором, определяющим состояние почвенных ресурсов, является деятельность людей, в первую очередь сельскохозяйственная. На первых этапах развития человеческого общества воздействие человека на почвы было незначительным. Со времени возникновения земледелия, по мере развития с. х-ва, пром. произ-ва и роста численности населения З. оно неуклонно возрастает. Воздействие человека на почвы может быть прямым и косвенным. Прямое воздействие осуществляется при их обработке, особенно с применением разл. тяжёлой с.-х. техники; при мелиорации почв, применении удобрений и пестицидов; при строительных и др. работах, приводящих к механич. нарушениям почвенного профиля, и др. Косвенно человек воздействует на почвы через факторы почвообразования, изменяя макро- и микроклимат, химич. состав атмосферы, глубину залегания и режим грунтовых вод, режим рек и озёр (при строительстве плотин и каналов), извлекая на поверхность породы, обогащённые различными (в т. ч. токсичными) химич. элементами, вырубая, выжигая или сажая леса и др.
Воздействие человека на почвы имеет положительные и отрицательные последствия. К положительным эффектам приводят целенаправленные действия, базирующиеся на научно обоснованных рекомендациях и адекватной земельной политике. Особенно показательны позитивные антропогенные изменения почв, которые выражаются в повышении их продуктивности и значит. росте урожайности с.-х. культур. Из двух факторов прироста мировой земледельч. продукции – освоения новых земель и увеличения урожайности – последний фактор играл в кон. 20 в. осн. роль в мире, особенно в Сев. Америке, Европе и некоторых странах Азии. Существенный рост урожайности достигался прежде всего за счёт увеличения норм внесения удобрений. По имеющимся оценкам, в нач. 21 в. удобрения обеспечивали ок. 43% всех потребностей с.-х. растений в минер. питании. Наряду с несомненным положительным эффектом применения минер. удобрений наблюдаются и нежелат. последствия (накопление в почве нитратов и токсич. доз микроэлементов, подкисление почв и др.).
Глобальный анализ состояния почвенных ресурсов З. свидетельствует о высоком уровне негативного воздействия человека на состояние почвенного покрова З. Осн. факторами деградации почв являются перевыпас скота, сведение лесов, земледельч. деятельность. Один из наиболее широко распространённых негативных процессов, разрушающих почвенный покров и снижающих плодородие почв, – ускоренная антропогенная эрозия почв. Ок. 1/3 всех пахотных земель планеты страдает от сильной водной и ветровой эрозии. Количество питат. веществ, ежегодно безвозвратно смываемых с пахотных земель, приблизительно равно количеству ежегодно производимых минер. удобрений. Эрозия почв, вызванная хозяйств. деятельностью человека, особенно распространена в гл. земледельч. районах З., где находятся самые плодородные почвы мира – чернозёмы и чернозёмовидные почвы прерий. Почвообразующими породами здесь часто являются рыхлые лёссовидные суглинки и лёссы, что обусловливает подверженность сформированных на них почв водной (особенно овражной) эрозии и при неправильном использовании превращение плодородных земель в сильно деградированные. Негативное воздействие хозяйств. деятельности человека на почвенный покров особенно сильно проявляется при с.-х. использовании почв в условиях орошения. Пример, подтверждающий это, – Месопотамская равнина – один из очагов древнейшего орошения, некогда плодородные земли которой обращены в пустыню. Согласно междунар. статистике, ок. 50% ныне орошаемых земель подвержено вторичному засолению, подщелачиванию и подтоплению. Каждый год ок. 1 млн. га орошаемых земель становятся непригодными для земледелия. Особенно значительны эти потери в развивающихся странах. Негативное воздействие человека на почвы выражается также в их загрязнении. В процессе с.-х. произ-ва в почву поступают удобрения и пестициды, которые содержат токсичные микроэлементы (мышьяк, ртуть и др.). Многие из этих веществ медленно разлагаются в почвах и накапливаются в количествах, превышающих ПДК. Загрязнению подвергаются не только почвы пахотных угодий, но и прилегающие к ним территории, занятые сенокосами и пастбищами, куда могут поступать загрязнители при поверхностном, внутрипочвенном боковом стоке и с грунтовыми водами. Вокруг пром. центров и транспортных магистралей техногенное загрязнение почв тяжёлыми металлами и др. токсичными микроэлементами, а также полициклич. ароматич. углеводородами повышается в десятки раз: создаются локальные техногенные геохимич. аномалии в радиусе нескольких километров от источников загрязнения. Сокращение мировых почвенных ресурсов связано с потерей почв при градостроительстве, сооружении пром. предприятий и дорог, при открытых горных разработках, строительстве карьеров, при погребении почв под отвалами пород, свалками и др. Частично эти потери компенсируются рекультивацией земель.
Растительный мир
Представлен планетарной совокупностью фототрофных организмов, включающих высшие растения, водоросли, цианобактерии и некоторые др. прокариоты, а также симбиотич. организмы – лишайники. Постоянно создаваемое ими (и созданное ранее) органич. вещество, а также выделяемый в процессе фотосинтеза кислород обеспечивают жизнедеятельность почти всех живых организмов. Объекты растит. мира (особи, популяции, виды, фитоценозы, флоры и т. д.) распределяются на З. неравномерно. Это прежде всего определяется глобальными особенностями поверхности З. – формой геоида, положением участков суши в Мировом ок., площадью и формой континентов, островов, а также шельфов, распределением глубин и осн. течениями в океане. Можно выделить две гл. составляющие растит. мира З. – растит. мир открытого океана и растит. покров суши и прибрежных участков шельфа (до глубин примерно 200 м). Растит. мир открытого океана – это гл. обр. одноклеточные водоросли, реже цианобактерии и некоторые археи (архебактерии), входящие в состав планктона, свободно перемещаемого водными массами. Растит. покров (фитострома) суши представлен преим. прикреплёнными к субстрату растит. организмами в сочетании (на единых биотопах) с грибами, грибоподобными организмами и бактериями. Биомасса живых особей в растит. покрове суши всегда на порядки больше ежегодной продуктивности, в растит. мире открытого океана, напротив, ежегодная продуктивность значительно больше биомассы единовременно существующих особей. Связано это с высочайшими темпами размножения одноклеточных организмов открытого океана при очень краткой продолжительности их жизни. Общий запас биомассы представителей растит. мира во много раз выше биомассы всех др. организмов, но даже доля фитомассы растит. покрова суши по сравнению с фитомассой планктона открытого океана в разных моделях оценивается по-разному.
Растит. мир (и особенно растит. покров) представляет собой непрерывное единство сочетаний огромного множества особей разных видов растений внутри биологич. сообществ и определённое территорией (или акваторией) единство объектов надорганизменной организации (популяционно-видового, биоценотического и биотического). По составу растит. объектов, характеризующих отд. территории и акватории и в целом З., в растит. покрове различаются два взаимосвязанных понятия: флора и растительность.
Флора
Общее количество видов растений и др. фототрофных организмов в совр. флоре З. оценивается более чем в 400 тыс. видов. Из них водорослей (10 отделов) – ок. 50 тыс. видов, моховидных – до 25 тыс., псилотовидных – 12, плауновидных – до 1 тыс., хвощевидных – 35, папоротниковидных – более 12 тыс., голосеменных, гнетовых и эфедровых – 780, цветковых – более 300 тыс. видов. Из др. фототрофных организмов – ок. 2 тыс. видов цианобактерий, ок. 100 видов зелёных бактерий и ок. 18–20 тыс. видов лишайников. В биоте З. в тесной связи с видами флоры развиваются грибы и грибоподобные организмы (не менее 2/3 всех видов микобиоты, подсистемы биоты, представленной видами этого царства живых организмов, сожительствуют с растениями или являются их паразитами). Известно не менее 100 тыс. видов грибов, но изучены они хуже, чем растения, да и данная выше оценка количества видов растений в разных группах далека от полноты. Много видов, особенно в тропиках, описываются ежегодно впервые. Во многих группах высших растений развиваются очень сложные эволюционирующие комплексы, в которых вследствие гибридизации (кроме гибридогенных половых видов) развиваются и многочисл. расы, размножающиеся неполовым путём. У водорослей во многих группах имеются многочисл. экологич. формы, образующие сборные виды. Для мн. групп растений, ныне малочисленных, известно гораздо большее число ископаемых видов. Расцвет цианобактерий и мн. водорослей приходится на палеозой, хотя и ныне они представлены значит. числом видов, плаунов и хвощей – на конец палеозоя (350 млн. лет назад), голосеменных – на конец палеозоя – середину мезозоя (280–180 млн. лет назад). Цветковые растения, господствующие сейчас, появились ок. 110–125 млн. лет назад, как и очень богатая группа одноклеточных диатомовых водорослей.
Разл. группы растений распространены на З. по-разному. Цветковые освоили почти всю сушу, за исключением ледников Антарктиды, Гренландии и высочайших гор, но очень небольшим числом видов представлены в океане. Их семейства (в т. ч. крупнейшие – сложноцветные, злаки, бобовые) хорошо развиты на всех материках. Но всё же богатство цветковых явно убывает в целом от экватора к полюсам; в тропиках преим. развиты такие крупнейшие семейства, как орхидные (более 20 тыс. видов), мареновые, меластомовые, молочайные. Однако наибольшее число видов сосудистых растений приурочено к субтропикам: крайний юг Африки, Калифорния и горные районы Мексики, горы Юго-Зап. Китая, крайний юго-запад Австралии. Папоротниками очень богаты тропики, но сильно обеднены умеренные широты. То же относится и к плауновидным. Хвощей больше сохранилось в умеренных широтах и совсем нет в Австралии. Среди голосеменных – саговники (более 120 видов) и ногоплодниковые (ок. 150 видов) распространены в тропиках, где настоящих хвойных (сосновых, кипарисовых) почти нет. Моховидные в целом более равномерно распределены по суше, хотя тропич. виды преобладают. В общем составе флор на земной суше доля водорослей, лишайников и моховидных по сравнению с высшими споровыми и цветковыми возрастает по мере приближения к полюсам. Беднейшими по составу видов являются флоры наиболее близких к полюсам островов и ряда пустынь (обширные районы Сахары, Нубийской пустыни, Аравийского п-ова, северо-запада Китая). При этом в приполярных флорах господствуют низшие растения и моховидные, а в пустынных – цветковые. Богатство и бедность флор далеко не напрямую связаны с богатством и разнообразием растительности в разных районах Земли.
Растительность
Разнообразие растит. сообществ на З. исключительно велико, но недостаточно полно описано. Единой классификации растительности для всех регионов земной суши нет. По сравнению с флорой растительность значительно более динамична. Её распределение по поверхности З. определяется разл. составом флор континентов и крупных островов, который в осн. сложился во 2-й пол. третичного периода (20–10 млн. лет назад), но подвергся резким изменениям в течение последнего глобального кризиса позднего плиоцена – плейстоцена (4–0,02 млн. лет назад), когда общие физико-географич. условия существования растит. мира многократно менялись. Изменения в составе растительности во время этого кризиса (как и в совр. период) упорядочивались основными (преим. климатическими) закономерностями: широтной зональностью, секторностью и высотной поясностью. В Мировом ок. преобладает роль широтной зональности (и широтно-зональные выделы растит. мира совпадают с климатическими, солярными). Эта схема осложняется лишь перераспределением тёплых и холодных водных масс. На суше эти закономерности действуют только совместно (и синхронно с изменениями границ суши и океана). Именно поэтому хорошо выражена в Евразии широтная смена почвенно-растит. зон, которая частично повторяется на севере Америки (примерно с 45° сев. широты) и на юге Сев. Америки перекрывается резкими сменами растительности З. в меридиональных секторах. На б. ч. Австралии почвенно-растит. зоны создают почти концентрич. структуру (открытую к северо-западу). Преим. секторно упорядочена растительность Амазонии и бассейна р. Конго. В Евразии хорошо выражены зоны (и подзоны) степей и пустынь в глубине континента. Но тропич. пустыни Атакама и Намиб начинаются непосредственно от океанов (т. е. наблюдается совершенно иная секторная упорядоченность). Большие пространства суши заняты горными системами, в которых зональные факторы перекрываются высотной поясностью; в них состав почвенно-растит. поясов (типы поясности) резко изменяется в зависимости от положения гор на континентах, от ширины и распределения высот горных массивов, экспозиции макросклонов и т. д. В крупных горных системах нередки обширные котловины, где состав растительности может быть как близким к зональному, так и резко отличающимся. Совместное проявление зональных, секторных и высотно-поясных закономерностей в составе растительности и развитых под ней почв на территориях разной размерности позволяет значительно полнее выявлять особенности местного климата.
В разл. структурах растит. покрова всегда участвуют сообщества разных типов растительности (ок. 100). Некоторые из них являются основными для обширных широтных зон или подзон на равнинах или высотных поясов в горах (дождевые тропич. леса, вечнозелёные «леса туманов» – в полосе постоянного туманообразования в горах тропиков и субтропиков, саванновые или муссонные леса, саванны, жестколистные вечнозелёные леса, широколиственные листопадные леса, бореальные хвойные леса, или тайга, степи и т. д.). Другие типы растительности широко распространены на ряде континентов, но не приурочены, а тем более не господствуют в той или иной зоне (тропич. колючелесье, боры, торфяные болота, солончаковая растительность, мангры, высокотравье и т. д.). Есть и такие типы растительности, которые развиты только в горах и на разных континентах. Во многих случаях в типах растительности резко проявляется изоморфия растит. формаций. Суть этого явления в том, что на разных континентах, обладающих разной флорой, виды, далеко не близкородственные, но принадлежащие к единым типам жизненной формы (экобиоморфы), образуют фитоценозы (нередко очень сложные по структуре), которые составляют единый тип растительности. Таковы и саванновые леса, и каатинга (тип растительности, характерный для северо-востока Бразильского плоскогорья, а также для Мадагаскара и Сев.-Вост. Австралии, где преобладают деревья с толстыми стволами – резервуарами влаги, т. н. бутылочные деревья или деревья-фляги). Таковы высокогорные парамо, в которых господствуют травяные деревья из разных групп сложноцветных, лобелиевых, бромелиевых и др., характерные для Анд, гор Вост. Африки. Высокие дерновинные злаки, образующие огромные кочки, преобладают в сообществах влажных вариантов пампы Аргентины и Уругвая, а также в туссоках Новой Зеландии, Огненной Земли, Фолклендских о-вов, в горах Вост. Африки.
Сообщества калифорнийского чаппараля, южно-африканского финбоша или югозападно-австралийского квонгана, малли-скрэба (часть кустарниковых саванн Австралии) по сходным климатич. характеристикам территорий часто связывают друг с другом и со вторичными типами растительности Средиземноморья. Все они развиваются в условиях резких смен сезонов дождей и глубокой засухи (во время которой обычно выгорают), но сильно различаются по составу видов, структуре сообществ (соотношению вечнозелёных, листопадных, безлистных низких деревьев и высоких кустарников, по развитию травянистого яруса и т. д.). Нередко это независимо возникающее сходство называют конвергенцией фитоценозов разных типов растительности. В растит. покрове есть явления, более отвечающие понятию конвергенции (напр., сходство боров умеренных стран и тропиков), но лучше избегать подобных обобщений по отношению к растительности, историч. развитие которой – филоценогенез – идёт по совершенно иным законам, чем филогенез растений, хотя и то и другое – части общего процесса эволюции растений.
Становление и развитие растит. покрова происходит в последние неск. млн. лет на основе уже сильно обособленных флор не только отд. континентов, но и мн. крупных их частей. Растительность же этих территорий изменялась в это время с большей скоростью. Поэтому наиболее крупные фитохории (территории, выделяемые по признакам флоры и растительности) характеризуются преим. оригинальными элементами, свойственными флоре этих территорий (эндемичные семейства и роды сосудистых растений, реже – моховидных). Но при этом выделении всегда учитываются и своеобразие типов растительности, и состав эндемичных формаций растительности разных типов, представленных только на этих территориях. Высших единиц ботанико-географического (флористического) районирования суши – царств (доминионов) – немного [см. карту Ботанико-географические царства (доминионы) и подцарства (субдоминионы)]. Чаще всего выделяют 6 царств (но границы их могут очерчиваться по-разному): Голарктическое, Палеотропическое, Неотропическое, Южно-Африканское (по А. Л. Тахтаджяну – в иных границах Капское), Австралийское и Голантарктическое. В их пределах Тахтаджян различает 8 подцарств и 35 областей. В новейших схемах кит. ботаников число царств увеличивается до 10–12, а число областей – до 50.
Совр. растит. покров суши – консервативное образование, хранящее свидетельства его историч. развития в весьма изменчивой природной среде последних 4 млн. лет. Но и свидетельств резких антропогенных изменений растит. покрова З. в результате деятельности человечества, преобразующей природную среду, немало. Во многих регионах З. естеств. растительность почти полностью изменена (и даже исчезла). В результате вырубки лесов и распашки травяных экосистем она заменена антропогенной растительностью, в первую очередь агроценозами, занятыми монокультурами с.-х. растений, сажеными однопородными лесами, посадками разнообразных растений, дающих сырьё для пром-сти, и т. д. Интенсивное животноводство преобразило и пастбища – природные кормовые угодья. Подобное хозяйствование приводит к необратимым перераспределениям стока влаги, смыву и выветриванию плодородных горизонтов почв, опустыниванию территорий, сопровождаемому нередко вторичным засолением почв, невозможности возобновления лесных ценозов и т. д. Возникли и своеобразные вторичные, менее продуктивные типы растительности – гарига Зап. Средиземноморья, растительность засолённых ландшафтов в местах сброса вод с орошаемых пашен и т. д. Резко сокращаются ареалы большого числа видов флоры З., популяции их теряют связи друг с другом, сокращается численность особей в популяциях. Многие виды, в т. ч. ещё не описанные, гибнут при сплошных рубках лесов (особенно в тропиках).
В связи с реализацией программ по сохранению биоразнообразия в мире значительно увеличилось число особо охраняемых природных территорий – заповедников, нац. и природных парков и др., где создаются условия для реальной охраны значит. части флоры З. и уникальных и редких растит. сообществ. Немало видов растений сохраняется и в постепенно расширяющейся сети ботанич. садов, а также в лесных культурах, в питомниках декоративно-цветочных растений и в стихийной интродукции. Но разнообразие растительности сохранить значительно труднее (совершенно не удаются опыты по восстановлению дождевых тропич. лесов, нет опыта восстановления «лесов туманов», каатинги и ряда др. типов растительности). Более того, растительность мн. районов З. изучена всё ещё недостаточно; особенно это касается динамики смены растительности, что не позволяет разработать и оптимальные режимы функционирования сообществ на охраняемых природных территориях.
Животный мир
Организация животного мира З. выражается в таксономическом, в т. ч. видовом, составе (чему соответствует понятие фауны), в структуре населения животных (популяций и сообществ), в композициях морфоадаптивных форм, симбиотич. и паразитарных комплексов, социальных группировок, в пространственном распределении и географич. распространении (ареалы). Разнообразие и динамика этих форм жизни животных обусловлены климатич. условиями, типом среды обитания (водоём, поверхность суши, почва и др.), эволюц. процессами, путями формирования и связями фауны, геологич. историей, хозяйств. деятельностью человека и др.
Состав фауны
Общее количество видов совр. животных на З. оценивается чаще всего в 1,5–2,0 млн., но некоторые зоологи с учётом темпов описания новых, ранее неизвестных видов предполагают, что их может быть в 10 раз больше; реальными считаются прогнозы в 3–4 млн. видов. По основным более или менее принятым типам животных видовое богатство распределяется примерно следующим образом: хордовые 52 000 видов, иглокожие 7000, погонофоры 170, щетинкочелюстные 150, плеченогие 420, мшанки 4000, членистоногие 1 200 000, тихоходки 400, моллюски 140 000, эхиуриды 140, сипункулиды 320, кольчатые черви 16 000, немертины 900, головохоботные 430, коловратки 3000, скребни 750, круглые черви 20 000, плоские черви 18 000, книдарии 7000, гребневики 80, губки 5000, прочие многоклеточные 1000, все типы простейших ок. 40 000 видов.
Характерная черта систематич. структуры животного мира – крайне неравное число видов в таксонах. Так, на уровне типов абсолютно доминируют членистоногие, 80% которых приходится на долю одного класса насекомых, составляющих около половины видов всех животных З. Во втором по величине типе моллюсков 85% видов представлено классом брюхоногих. В типе круглых червей абсолютно преобладает класс нематод. Ряд групп, выделенных зоологами в ранге типов или классов, состоят из малого числа или даже единичных видов. Так, в типах камптозоев и полухордовых всего ок. 100 видов, а в некоторых классах – ок. 10 (в т. ч. приапулиды, вестиментиферы, мечехвосты). Различны также адаптивные зоны таксонов (типов, классов, отрядов и т. д.). На разных этапах эволюции максимально широкие адаптивные зоны были у наиболее продвинутых групп животных, напр. в мезозое – у пресмыкающихся, в кайнозое – у млекопитающих, которые, как в своё время рептилии, демонстрируют огромное разнообразие жизненных форм (обитатели суши и моря, летающие, древесные, подземные, хищники и трупоеды, фитофаги и т. д.). К процветающим в настоящий период истории З. относятся также классы птиц, насекомых, ракообразных, нематод и др. Среди типов и классов с узкими адаптивными зонами – иглокожие, мшанки, губки, особенно бедные видами погонофоры, щетинкочелюстные, процветавшие в палеозое плеченогие.
Климатические условия, природная поясность и распределение животных
Довольно чёткое широтное распределение фауны и животного населения на планете зависит прежде всего от темп-ры. Уменьшение суммарного видового богатства отчётливо прослеживается от экватора к полюсам. В экваториальном и тропич. поясах обитает примерно 75% видов всей фауны З., в умеренных – 20–30%, а в холодных – всего ок. 2%. При анализе зависимости видового разнообразия фаун от климатич. условий учитываются площади сравниваемых территорий или акваторий. Напр., в арктич. фауне (морской, пресноводной и наземной) насчитывается ок. 16 тыс. видов животных, а в Индии (вместе с прибрежными водами), площадь которой (3,3 млн. км2) равна только материковой части Арктики, – до 90 тыс. видов. Немногим больше видов (ок. 96 тыс.) – на всей территории России (с прилегающими акваториями), площадь которой 17 млн. км2. Такая зависимость особенно проявляется в условиях чёткого снижения температурной «комфортности» для животных, в пределах умеренного и холодных поясов. Напр., в Сибири видовое богатство конкретных фаун птиц от лесостепи до арктич. побережья уменьшается в десять раз.
Распределение животных на суше зависит также от соотношения тепла и влаги. Так, в пределах холодного и умеренного поясов Сев. полушария разнообразие, плотность населения животных и общая зоомасса на плакорах максимальны в полосе широколиственных лесов и лесостепи, где т. н. радиац. индекс сухости примерно равен 1 (выпадающие осадки могут полностью испариться за счёт климатич. тепла). К северу и югу от этой полосы мн. параметры животного мира снижаются в соответствии с уменьшением тепла или влаги. Однако в аридных ландшафтах общее видовое разнообразие (с учётом интразональных элементов) значительно выше, чем в холодных. Подобные изменения параметров животного мира могут повторяться в системах субтропич. и тропич. поясов.
На фоне глобальных изменений суммарных показателей животного мира в разных природных поясах и зонах существенно меняются общая таксономич. структура фауны, соотношения крупных систематич. групп, каждая из которых имеет некоторые особенности широтного распределения. Так, в тропич. поясе членистоногие составляют более 80% фауны, в умеренном – ок. 70%, а в холодном – до 55%. Доля типа кольчатых червей увеличивается в этом же ряду от 1 до 8%, а удельный вес хордовых сходен во всех природных поясах (5–6%). При этом глобальное распределение таксонов связано со степенью их эволюц. продвинутости или примитивности. Напр., видовое разнообразие некоторых относительно примитивных групп не столь резко снижается в холодных ландшафтах: за Полярным кругом обитают не менее 30% видов типа тихоходок и ок. 10% класса ногохвосток, в то время как позвоночных (млекопитающих, птиц, рыб) – 1,5–2,0%. В тропиках особенно разнообразны самые прогрессивные молодые группы; напр., среди птиц – воробьинообразные, попугаеобразные, голубеобразные, стрижеобразные, а в более высоких широтах увеличивается доля групп, стоящих на более низкой ступени филогенетич. иерархии, таких как ржанкообразные (чайки, кулики, чистики), гагарообразные, трубконосые, пингвины и др. В фаунах тропиков, субтропиков и б. ч. умеренного пояса по числу видов доминируют насекомые, доля которых снижается с продвижением в высокие широты, где они могут уступать первенство др. членистоногим, напр. классу паукообразных. Предполагают, что во все периоды развития органич. мира З. именно в тропиках зарождались новые, прогрессивные группы организмов, которые «вытеснялись» в высокие широты вновь формирующимися, более высокоорганизованными. Эти явления можно также связать и с эколого-физиологич. факторами, в частности с относительно бóльшими приспособительными возможностями низкоорганизованных существ в холодных условиях.
Показатели видового разнообразия и плотности животного населения, зависящие от климатич. условий, структуры ландшафта, особенностей конкретных местообитаний, взаимосвязаны. При снижении видового богатства часто увеличивается популяционная плотность отд. видов, что повышает суммарную численность животного населения. Так, на океанич. изолированных островах видов мало, но они могут достигать гораздо более высокой численности, чем в материковых экосистемах. В тропич. лесах с крайне богатой фауной плотность видовых популяций в большинстве случаев низка; в экосистемах более холодных зон при меньшем разнообразии видов многие из них достигают очень высокой численности, напр. таёжные и тундровые грызуны (полёвки, лемминги). Однако при интенсивном использовании биоресурсов в высоких широтах (напр., при рыбном промысле) популяции быстро деградируют и долго не восстанавливаются, т. к. вследствие суровых условий продуктивность, интенсивность размножения и роста невелики.
Определённые тенденции глобального распределения животного мира проявляются и в соотношениях экологич. форм, в т. ч. трофических групп. Так, видовое разнообразие и доля в фауне растительноядных видов максимальны в тропиках и в субтропиках, а плотоядных – в холодных поясах. Аналогичное распределение демонстрируют и водные животные. Напр., в тёплых климатич. поясах в фауне пресноводных рыб относительно много растительноядных видов отряда карпообразных, в умеренном поясе их число резко снижено, на севере в таёжной и тундровой зонах они отсутствуют, но разнообразны плотоядные лососеобразные. Это, возможно, связано с экологич. выигрышем, обусловленным питанием высококалорийной пищей в условиях низких темп-р, с краткостью вегетац. периода и с небольшим разнообразием растений.
Климатич. поясность и природная зональность обусловливают в первую очередь экологич. параметры животного мира: структуру животного населения (экосистем, зооценозов), набор жизненных форм, характер динамики численности и т. д. Он определяется также особенностями видовых ареалов, величина и структура которых зависят как от образа жизни, размеров тела и биоценотич. связей, так и от характера биотопа и ландшафта. Ареалы мелких животных часто обширнее, чем крупных, которым нужны большие участки для нормального обитания. Почва как среда обитания в определённой мере «сглаживает» колебания климата, что способствует широкому распространению почвенных животных; напр., чрезвычайно обширны ареалы некоторых дождевых червей и особенно мелких членистоногих – клещей, ногохвосток и др. Ареалы хищников (напр., сокола сапсана, беркута, волка, горностая) обычно больше (вплоть до космополитных), чем специализир. растительноядных животных (фитофагов). Тенденция к обширному и менее зависимому от климатич. границ распространению более отчётливо выражена в морской фауне (напр., китообразные). Обитатели плакорных биотопов с зональной растительностью обычно распределяются в пределах одной зоны, тогда как ареалы видов, связанных с интразональными элементами ландшафта, напр. с болотами, побережьями, могут охватывать неск. природных зон (полизональное распространение).
Зоогеографическое районирование
Таксономич. состав, видовое разнообразие, особенности ареалов, пути и темпы эволюции разл. групп животных зависят также от регионально-секторной структуры З., от расположения, степени изолированности и контактов материков, океанов, морей, разл. областей и районов. Этому аспекту структуры животного мира соответствует фаунистич. районирование. Обычно выделяют 6–9 областей: Голарктическую (см. Арктогея) с 2 подобластями (Сев. Евразия и Сев. Африка, или Палеарктика и Сев. Америка, или Неарктика), Индо-Малайскую, или Ориентальную (юж. часть Азии), Неотропическую (Юж. Америка), Эфиопскую (Африка, кроме сев. внетропич. части, относимой к Палеарктике), Мадагаскарскую, Австралийскую (включает и Новую Гвинею), Полинезийскую, Новозеландскую, Антарктическую. В зоогеографич. районировании Мирового ок. используются отд. схемы для шельфа, абиссали, пелагиали, и в них больший упор делается на экологич. параметры (см. карту к ст. Фаунистическое районирование).
Зоогеографич. области и подобласти в осн. отражают родство фаун, обусловленное единством генезиса (фауногенетич. смысл). Их статус определяется в первую очередь степенью своеобразия, эндемизма, длительностью и изолированностью процессов формирования фауны. Чем больше на территории эндемичных таксонов и чем значительнее их ранг (виды, роды, семейства и т. д.), тем выше зоогеографич. статус данной территории (материка, острова) или акватории. Так, для Австралии прежде всего характерны сумчатые млекопитающие, достигающие там макс. разнообразия. В Юж. Америке также обитают сумчатые, но в гораздо меньшем количестве, а из плацентарных млекопитающих характерен отряд неполнозубых (ленивцы, муравьеды, броненосцы). В Эфиопской области находится центр разнообразия семейства полорогих (разл. антилопы), эндемичны неск. семейств птиц, из рыб – древний отряд многопёрообразных и т. д. Для фауны Мадагаскара характерно островное обеднение (напр., отсутствуют обезьяны), но в то же время в ней представлены эндемичные семейства полуобезьян, из которых особенно разнообразны лемуры.
В процессе эволюции животного мира в разных зоогеографич. областях возникает явление конвергенции: в сходных ландшафтах на базе совершенно неродственных фаун формируются похожие жизненные формы, которые заполняют соответствующие экологич. ниши биоценозов. Так, в Австралийской области среди сумчатых имеется много аналогов жизненных форм плацентарных млекопитающих, что отражается в их названиях: сумчатый волк, сумчатая белка, сумчатая куница и др. Семейство нектарниц отряда воробьинообразных, живущих в субтропиках и тропиках Старого Света, имитирует облик и образ жизни птиц отряда колибри, свойственного фауне Америки. Массовые птицы сев. морей из семейства чистиковых (особенно истреблённая бескрылая гагарка) внешне и некоторыми деталями образа жизни напоминают пингвинов. Во многом сходны рыбы семейств нототениевых и зубатковых, обитающих соответственно в антарктич. и арктич. морях.
Животный мир и человек
Структура совр. животного мира З. – это результат не только его естеств. развития; она отражает также огромное влияние человека на природу. Среди его многообразных форм можно выделить: 1) воздействие на популяции в процессе охоты, промысла, борьбы с «вредными» организмами и др. вплоть до полного уничтожения вида (напр., дронты, стеллерова корова); 2) приручение, доместикация, селекция, разл. формы разведения животных; 3) изменение среды обитания, нарушение или полное уничтожение стаций и биотопов, что во многих случаях ведёт к резкому сокращению численности или к полному исчезновению вида (напр., вследствие распашки степей – степного сурка, дрофы, дыбки степной); 4) процесс привлечения животных в поселения и жилища человека и расселения рядом с ним, в ходе которого происходит формирование разнообразной синантропной фауны, играющей в жизни человека как негативную (напр., переносчики заболеваний), так и позитивную (напр., эстетическую) роль; синантропизация – фактор расширения ареалов, стирания зоогеографич. границ, упрощения фауны; 5) стимуляция и интенсификация биологич. инвазий, процессов расширения ареалов и вселения видов в несвойственные им биотопы и экосистемы с последующим массовым размножением (из-за отсутствия регулирующих биоценотических факторов), конкуренцией с аборигенными формами, негативными воздействиями на структуру коренных биоценозов. Проблеме сохранения животного мира, его видового разнообразия посвящаются разл. международные и национальные программы и проекты, рассматривающиеся как необходимая основа создания и развития систем рационального природопользования, неистощаемых форм эксплуатации биоресурсов и устойчивого развития общества.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Геологическая история
За более чем 4,5 млрд. лет существования планета З. претерпела сложную эволюцию. Единого понимания геологич. истории З. нет, особенно это касается ранних этапов развития планеты. Наиболее достоверно геологич. история З. реконструирована начиная с 1 млрд. лет назад.
Периодизация
В истории геологич. развития З. выделяют ряд периодов: вендский (600–535 млн. лет назад), кембрийский (535–490 млн. лет назад), ордовикский (490–443 млн. лет назад), силурийский (443–418 млн. лет назад), девонский (418–360 млн. лет назад), каменноугольный (360–295 млн. лет назад), пермский (295–251 млн. лет назад), триасовый (251–200 млн. лет назад), юрский (200–145 млн. лет назад), меловой (145–65 млн. лет назад), палеогеновый (65–23 млн. лет назад), неогеновый (23–1,8 млн. лет назад), четвертичный (1,8 млн. лет назад – доныне). Периоды объединены в эры – палеозойскую (535–251 млн. лет назад), мезозойскую (251–65 млн. лет назад) и кайнозойскую (65 млн. лет назад – доныне). Более крупные отрезки геологич. истории З. – эоны (напр., фанерозой – 535 млн. лет назад – доныне) и акроны [архей (до 2,5 млн. лет назад) и протерозой (2,5–0,535 млн. лет назад), выделяющиеся в докембрии], наряду с палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрами соответствуют глобальным этапам развития органич. мира З. Названия, начало, продолжительность отрезков геологич. истории З. (акронов, эонов, эр, периодов) даны в соответствии со Стратиграфич. кодексом России [1992] и дополнениями к нему [2000] (см. Геохронологическая шкала).
Доархейский этап (до 4 млрд. лет назад)
После аккреции, длительность которой разл. учёными оценивается от 10 до 150 млн. лет, З. была сильно разогрета и существенно расплавлена. Она дифференцировалась на жидкое металлич. (гл. обр. железное) ядро и силикатную мантию, верхняя часть которой представляла собой «океан магмы» толщиной несколько сотен км. Осн. масса воды была частью плотной протоатмосферы из водяного пара и газов (в осн. углекислого газа и азота). Некоторые учёные предполагают более позднее образование атмосферы в результате дегазации земных недр в ходе постепенного остывания планеты.
З. начала остывать со скоростью 100 °C за 1 млрд. лет. При охлаждении «океана магмы» на его поверхности возникла твёрдая корка – первичная земная кора (являющаяся одновременно протолитосферой), возможно, базальтового состава. З. испытывала метеоритную бомбардировку, в результате чего на её поверхности формировались многочисл. ударные кратеры (астроблемы) разл. размеров. В местах падений метеоритов происходили излияния лав. Когда темп-ра поверхности З. стала меньше темп-ры кипения воды, из протоатмосферы выпало огромное количество воды, которая образовала Мировой ок.; вода частично выделилась в процессе дефлюидизации мантии при её охлаждении и кристаллизации (по мнению др. исследователей, именно этому процессу принадлежит гл. роль в формировании гидросферы З.).
Разделение протолитосферы З. на плиты небольших размеров произошло ок. 4,3–4 млрд. лет назад, чему способствовали конвекционные течения в мантии и подъём мантийных плюмов (восходящих потоков разогретого глубинного вещества). Кроме того, в результате излияния лав ультраосновного состава (коматиитов) сформировались участки с плотной протолитосферой, которые начали погружаться в нижележащую частично расплавленную мантию (протоастеносферу). Началась «эмбриональная» тектоника плит. В зонах раздвижения плит происходило новообразование океанич. коры, а в зонах сближения возникли зоны поддвига (субдукции) и/или скучивания протолитосферы. Над зонами субдукции и в местах тектонич. скучивания и утолщения первичной базальтовой коры возникли очаги андезитовой магмы, ставшей основой для формирования вещества континентальной коры.
Архейский этап (ок. 4–2,5 млрд. лет назад)
Б. ч. поверхности З. была занята океаном с корой базальт-коматиитового состава, в пределах которого существовали многочисл. вулканич. андезитовые дуги (развивались над зонами погружения литосферных плит в мантию), а также внутриплитные и межплитные вулканич. плато типа совр. Исландии (формировались над мантийными плюмами). Верхняя мантия была более горячая, чем современная, и субдуцирующие (погружающиеся) в неё литосферные плиты быстро разогревались, не проникая в нижнюю мантию. Из мантии выплавлялось большое количество лав ультраосновного состава. В процессе субдукции междуговое пространство постепенно сокращалось и происходило столкновение вулканич. дуг, следствием чего стало образование участков протоконтинентальной коры («ядер» будущих континентов). В конце архея в пределах консолидированных участков континентальной коры существовали озёрно-речные системы, накапливались протоплатформенные чехлы (известны на юге Африки и на западе Австралии). В завершение архея в результате коллизии (столкновения) многочисл. «ядер» с протоконтинентальной корой и крупномасштабного гранитоидного калий-натриевого магматизма сформировались обширные области со зрелой континентальной корой – континенты (или первый в геологич. истории З. суперконтинент Моногея, называемый также Пангея 0). На протяжении архейского этапа развития З. сформировалось 50–70% (возможно, и более) объёма вещества совр. коры континентов. В течение архея вода в океане постепенно охлаждалась. Рубеж 2,5 млрд. лет назад знаменуется первым известным глобальным оледенением – Гуронским. Благодаря жизнедеятельности цианобактерий в атмосфере З. впервые появился свободный кислород.
Протерозойско-фанерозойский этап (2,5–0 млрд. лет назад)
Общее охлаждение Земли привело к тому, что погружающиеся в мантию литосферные плиты стали достигать её нижних частей; это привело к упорядочиванию всей системы конвекции в мантии и возникновению долговременных тектонич. суперконтинентальных циклов. На протяжении этого этапа геологич. истории З. континенты распадались и собирались, океаны раскрывались и закрывались. С периодичностью в 750 млн. лет формировались относительно стабильные суперконтиненты, состоявшие почти из всех имевшихся континентальных масс. Менее стабильные во времени суперконтиненты образовывались, возможно, в середине суперконтинентальных циклов (2125, 1375 и 625 млн. лет назад). Ср. размер литосферных плит и их толщина постепенно увеличивались, количество плит убывало. Менялся состав океанич. коры от коматиит-базальтового к базальтовому. В зонах коллизии континентов и на активных континентальных окраинах вследствие процессов складчатости, метаморфизма и гранитизации осадочных и вулканогенных толщ, накопленных в океанах, происходило формирование новых порций континентальной коры; возникали горно-складчатые пояса (коллизионные и аккреционные). За последние 2,5 млрд. лет эпохи глобальных потеплений сменялись менее продолжительными эпохами похолоданий (несколько в раннем докембрии, затем 700–600, 455–445, 325–290 и 10–0 млн. лет назад), которые сопровождались покровными оледенениями. Не ранее 2,5 и не позднее 1,0 млрд. лет назад обособилось внутреннее ядро З. (вероятнее всего, 1,7 млрд. лет назад).
В начале раннего протерозоя позднеархейский суперконтинент распался в результате образования континентальных рифтов, последующего преобразования их в межконтинентальные рифты и начала спрединга (новообразования океанич. коры). Возникшие океанич. бассейны, разделившие континентальные массы и породившие раннепротерозойские подвижные пояса, развивались по Вилсона циклу. Закрытие океанич. бассейнов в результате коллизии ограничивающих их континентальных блоков привело в конце раннего протерозоя (1,8–1,6 млрд. лет назад) к возникновению нового суперконтинента – Мегагея (также называемый Пангея I). В конце раннего рифея (по междунар. стратиграфич. шкале – начало мезопротерозоя) суперконтинент претерпел частичный распад и возродился в конце среднего рифея (конец мезопротерозоя, ок. 1 млрд. лет назад), образовалась Родиния, или Пангея II. В начале позднего рифея (начало палеопротерозоя) Родиния распалась на Лаврентию (Северо-Американская платформа), Балтику (Восточно-Европейская платформа), Сибирь (Сибирская платформа), Сино-Корею (Китайско-Корейская платформа), Янцзы (Южно-Китайская платформа), Тарим (Таримский массив), Баренцию-Гиперборею (гипотетич. Гиперборейская платформа) и в значит. степени консолидированную Гондвану (объединяла платформы юж. ряда – Южно-Американскую, Африканскую, Индостанскую, Австралийскую, Антарктическую). Древние континенты разделились новообразованными океанич. бассейнами, которые в дальнейшем породили подвижные пояса фанерозоя: Протояпетус (Северо-Атлантический пояс), Прототетис (Средиземноморский пояс), Палеоазиатский океан (Урало-Охотский пояс). Все континентальные глыбы, вероятнее всего, окружал океан Прапацифик, на границе которого с материками развивался Тихоокеанский подвижный пояс. В конце протерозоя и в палеозое подвижные пояса претерпели сложную и многоэтапную эволюцию. Завершение их развития (за исключением Тихоокеанского пояса) в связи с закрытием океанов и коллизией древних континентов привело в начале мезозоя к формированию суперконтинента Пангея.
Распад Пангеи, начавшийся на рубеже ранней и средней юры (ок. 175 млн. лет назад), привёл к новообразованию современных Атлантического, Индийского, Сев. Ледовитого океанов, а также океана Неотетис. Раскрытию океанов во многих регионах З. в меловом периоде предшествовал плюмовый платобазальтовый (трапповый) вулканизм (трапповые провинции Парана в Юж. Америке, Этендека в Африке, Деканская на п-ове Индостан и др.). При закрытии Неотетиса, в пределах которого существовали многочисл. микроконтиненты – «отторженцы» Гондваны, разделявшие этот океан на отд. бассейны, сформировался Альпийско-Гималайский подвижный пояс (гл. деформации в конце эоцена – начале олигоцена). Реликтовыми бассейнами Неотетиса являются Ионическая и Левантийская котловины вост. части Средиземного моря. В мезозое в результате рифтогенеза в тылу вулканич. островных дуг сформировались Восточно-Черноморская, Западно-Черноморская и Южно-Каспийская впадины, а в кайнозое – впадины зап. части Средиземного м. (Алжирская котловина, Тирренское м.). Площадь Тихого ок. (реликт Прапацифика) на протяжении мезозоя и кайнозоя сокращалась за счёт надвигания на него смежных континентов. В Тихоокеанском подвижном поясе в мезозое и кайнозое произошли важные тектонич. события. Столкновение в конце мезозоя системы островных дуг с окраинами Сев. Америки и Юж. Америки привело к формированию складчато-покровного горного сооружения Кордильер и к складчатым деформациям в Центр. Андах. Примерно в это же время в связи с коллизионными событиями на сев.-вост. окраине Азии образовалась Верхояно-Чукотская складчатая область. Мезозойским тектогенезом была охвачена вся вост. периферия Азии. В меловом периоде в зап. части Тихоокеанского подвижного пояса развивались окраинно-континентальные вулканоплутонич. пояса андского типа. В начале кайнозоя в результате причленения системы островных дуг к сев.-вост. окраине Азии сформировалась Корякско-Камчатская складчато-покровная система. Развитие вулканич. островных дуг на зап. и сев. периферии Тихого ок., начавшееся на рубеже мелового и палеогенового периодов, продолжается. В кайнозое на зап. окраине Юж. Америки сформировался Андский окраинно-континентальный вулканоплутонич. пояс, сохраняющий активность. Заключительные деформации в Андской складчатой системе произошли в конце эоцена.
В позднем кайнозое (олигоцен – квартер), на неотектонич. этапе развития З., окончательно сложились совр. структура и рельеф З. Продолжающаяся коллизия Индостанского субконтинента (фрагмента Гондваны) с Евразией привела к образованию высочайшей Гималайской горной системы и формированию на фронте коллизионной области Центральноазиатского пояса возрождённых гор, включающего горные сооружения Гиндукуш, Каракорум, Памир, Тянь-Шань, Куньлунь, Наньшань, Циньлин, Алтай, Саяны, горы Прибайкалья и Забайкалья. В сев.-вост. части этого пояса возникла Байкальская рифтовая система. Заложились и продолжают развиваться Западно-Европейская и Восточно-Африканская рифтовые системы. Образование этих систем сопровождалось вспышкой вулканич. деятельности. Перемещение к северу Аравийской плиты, отделившейся от Африканской при раскрытии Аденского залива и Красного м., а также крупный сдвиг в сев.-зап. части Аравийского п-ова вызвали поднятие горных цепей на юго-западе Азии (в т. ч. Большого и Малого Кавказа). На рубеже миоцена и плиоцена в Мировом ок. сформировалась совр. система срединно-океанич. (спрединговых) хребтов. Антарктиду, отделившуюся от Юж. Америки в связи с раскрытием моря Скоша, охватило покровное оледенение. Воздействию многочисл. покровных оледенений в четвертичном периоде подверглись сев. районы Евразии и Сев. Америки.
История развития органического мира
Совр. представления о начальных стадиях развития жизни на З. в осн. гипотетичны, т. к. этап абиогенного синтеза и эволюции органич. соединений выходит за пределы геологически документированной истории З. (ок. 4 млрд. лет). Возможно, эти процессы относятся к протопланетной стадии. Предположительно, первичной доклеточной формой жизни на З. могли быть временные колонии самовоспроизводящихся ансамблей молекул рибонуклеиновых кислот (РНК), которые образовывались на влажных поверхностях при пересыхании мелких водоёмов. На этой основе возникли более стабильные формы с многофункциональными РНК (т. н. рибоциты), которые могли синтезировать или адсорбировать на себе гидрофобные вещества, выполнявшие функцию примитивной оболочки. Появление аппарата синтеза белка и возникновение дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) создали условия для биологич. эволюции.
История развития жизни на З. восстанавливается по ископаемым остаткам организмов и следам их жизнедеятельности, сохранившимся в осадочных горных породах (палеонтологич. летопись развития жизни).
В начале архея в условиях относительно плотной углекислотно-азотной атмосферы и сравнительно высоких темп-р появились первые прокариоты. Их древнейшие ископаемые остатки обнаружены в метаморфич. породах Гренландии (возраст ок. 3,85 млрд. лет). Раннеархейские организмы (возраст ок. 3,5 млрд. лет) представлены разл. группами архей (архебактерий) и бактерий. В позднем архее произошло частичное удаление из атмосферы СО2, снижение атмосферного давления и темп-ры. Сообщества теплолюбивых прокариот уступили место более холодостойким формам, широко распространились фотосинтезирующие микроорганизмы (в осн. цианобактерии). В конце архея (ок. 2,7–2,5 млрд. лет назад), возможно, появились эукариоты, в т. ч. зелёные водоросли.
В протерозое отмечается разнообразие эукариот: ок. 2,3–2 млрд. лет назад уже существовали микроскопич. грибы, ок. 1,8 млрд. лет назад появились многоклеточные растения и животные (губки). Как и в архее, в протерозое происходило накопление продуктов жизнедеятельности цианобактерий (строматолиты) и др. бактерий (совр. залежи некоторых руд). К 1-й пол. протерозоя относят самые древние ископаемые остатки и следы передвижения целомических многоклеточных животных (ок. 1,5–1 млрд. лет). Предполагаемые древнейшие кишечнополостные известны из отложений, возраст которых ок. 1,5 млрд. лет. Примерно 1,3–1 млрд. лет назад началось резкое увеличение разнообразия эукариот благодаря стабилизации солевого состава и объёма мор. вод.
В венде (ок. 600–535 млн. лет назад) происходил расцвет фауны разнообразных бесскелетных многоклеточных организмов, некоторые из которых были похожи на совр. беспозвоночных: медуз, мягких восьмилучевых кораллов, плоских и кольчатых червей, членистоногих, моллюсков, иглокожих. В это время появились первые крупные животные (более 1 м длиной). У немногих групп имелся органич. скелет.
В течение протерозоя постепенно увеличивалось содержание О2 и уменьшалось количество углекислого газа в атмосфере, изменялся солевой режим гидросферы. Вероятно, в связи с этими процессами на рубеже венда и кембрия (ок. 542–535 млн. лет назад) мн. организмы приобрели способность к образованию минерального (известкового, кремнёвого, фосфатного) скелета. Возможно, способность к формированию скелета стала гл. причиной кембрийского «эволюционного взрыва», в ходе которого возникли осн. типы многоклеточных животных и сложились мор. бентосные сообщества совр. облика.
В кембрии (ок. 535–490 млн. лет назад, в начале палеозоя) впервые фиксируются многие в последующем широко распространённые и весьма разнообразные группы животных: фораминиферы, радиолярии, конуляты, разл. моллюски (лорикаты, моноплакофоры, двустворчатые, брюхоногие, головоногие), трилобиты, плеченогие, иглокожие (гомалозои, эдриоастероидеи, эокриноидеи и др. вымершие классы), граптолиты, конодонты и др. Исключительно для этого периода характерны археоциаты. В середине раннего кембрия (ок. 526 млн. лет назад) отмечены оболочники, бесчерепные хордовые и древнейшие рыбообразные позвоночные. К позднему кембрию появились парноноздрёвые бесчелюстные. На побережьях в это время существовали бактериально-водорослевые сообщества, грибы, лишайники и древнейшие наземные беспозвоночные животные (черви и многоножки); при их участии происходило формирование примитивных почв. В дальнейшем (на протяжении всего фанерозоя) перестройки биоты основывались в первую очередь на эволюции возникших в кембрии групп. Важными факторами этих процессов стали дрейф континентов, климатич. изменения, трансгрессии и регрессии моря, определявшие в т. ч. массовые вымирания организмов.
В ордовике (ок. 490–443 млн. лет назад) возникли все осн. совр. классы мор. беспозвоночных. Разнообразно были представлены табуляты, трилобиты, эвриптериды, замковые плеченогие, граптолиты, двустворчатые, брюхоногие и головоногие моллюски. Появились четырёхлучевые кораллы и строматопораты, лопатоногие моллюски, мшанки, морские лилии, морские ежи, морские звёзды, офиуры, морские пузыри, крыложаберные, телодонты и древнейшие челюстноротые (примитивные хрящевые рыбы). При участии кораллов и строматопоратов образовались первые настоящие рифы. В позднем ордовике появились наземные растения (печёночники). В конце периода произошло крупное оледенение и вымирание мн. групп мор. организмов (ок. 60% родов).
В силуре (ок. 443–418 млн. лет назад) появились непарноноздрёвые бесчелюстные (остеостраки и анаспиды), панцирные (плакодермы) и костные (акантоды) рыбы, паукообразные (скорпионы), сосудистые растения (риниофиты и первые плауновидные). Возникновение покрова из сосудистых растений привело к значит. снижению эрозии на суше, способствовало образованию закреплённых почв и формированию пресноводных водоёмов.
Вторая половина палеозоя (ок. 418–251 млн. лет назад) характеризуется появлением разнообразных рыб в океане и континентальных водоёмах и широким распространением наземных растений и животных на суше. В это время в связи со смещением континентальных блоков в Сев. полушарие усилилась биогеографич. дифференциация морской и континентальной биоты. В девоне (418–360 млн. лет назад) появились акулы, лучепёрые, двоякодышащие и кистепёрые рыбы. Ок. 375 млн. лет назад на основе одной из групп кистепёрых возникли древнейшие четвероногие (напр., ихтиостега). Богатая растительность суши была представлена примитивными плауновидными, членистостебельными, прапапоротниками и предками голосеменных, началось накопление органич. веществ в виде залежей торфа и угля. Появились насекомые, пауки, клещи, среди морских беспозвоночных – аммоноидеи и внутреннераковинные головоногие моллюски (колеоидеи). Приблизительно в это же время вымерло до 50% родов и ок. 15% семейств морских животных (в т. ч. телодонты), в конце девона исчезло 60% существовавших родов и более 20% семейств, сильно сократилось разнообразие рифостроителей, вымерли все плакодермы, парноноздрёвые и большинство непарноноздрёвых бесчелюстных.
В карбоне (ок. 360–295 млн. лет назад) наиболее важными группами морских животных были фораминиферы (наиболее характерны фузулиниды), кораллы, мшанки, двустворчатые, брюхоногие и аммоноидные головоногие моллюски, остракоды, плеченогие, морские лилии, хрящевые рыбы и палеониски. В конце раннего карбона вымерло большинство родов аммоноидей, до 80% родов кораллов и ряд др. беспозвоночных, полностью сменился родовой состав конодонтов. На суше среди древовидной растительности господствовали плауновидные (лепидодендроны), членистостебельные (каламиты), папоротникообразные и древние голосеменные. К концу карбона произошла чёткая фитогеографич. дифференциация: в тропич. областях преобладали лепидодендроны, каламиты и разные птеридоспермовые, в сев. умеренной области – кордаитовые, в юж. умеренной – глоссоптериевые. Существовавшие на приморских низменностях тропич. зоны затопленные высокоствольные леса служили гл. источником угленакопления. Наземная фауна пополнилась разнообразными (в т. ч. крылатыми) насекомыми, земноводными (включая лабиринтодонтов и др.) и пресмыкающимися (в т. ч. появились зверообразные рептилии).
В перми (ок. 295–251 млн. лет назад) в морях продолжали развиваться разнообразные моллюски, плеченогие, иглокожие. Высшие растения впервые заселили водоразделы. В составе наземной растительности широкое распространение получили кордаитовые и птеридоспермовые, а также настоящие голосеменные – хвойные, цикадовые, гинкговые. Появились жесткокрылые и сетчатокрылые насекомые. Земноводные и пресмыкающиеся стали весьма многочисленны и разнообразны. Среди последних возникли крупные специализированные хищные и растительноядные формы. В конце периода появились архозавры (текодонты) и предки ящериц. Облик фауны крупных наземных позвоночных определяли зверообразные рептилии, всесветно распространившиеся благодаря объединению континентальных массивов в единый суперконтинент Пангею.
Конец пермского периода ознаменовался величайшим массовым вымиранием, в ходе которого исчезло св. 80% родов и 50% семейств морских животных, вымерли почти все типичные палеозойские группы: фузулиниды, трилобиты, древние кораллы, ряд групп моллюсков, плеченогих, мшанок, иглокожих, хрящевых, кистепёрых, двоякодышащих и древних лучепёрых рыб, земноводных и пресмыкающихся, а также лепидодендроны, каламиты, кордаиты и др.
Мезозойская эра (ок. 251–65 млн. лет назад) стала временем развития существенно обновлённой фауны и флоры. В триасе (ок. 251–200 млн. лет назад) в морях возникли новые группы фораминифер и радиолярий, шестилучевые кораллы, возросло разнообразие брюхоногих, двустворчатых и головоногих моллюсков. В водоёмах появились костистые рыбы и водные пресмыкающиеся: черепахи, крокодилы, плакодонты, ихтиозавры и плезиозавры, на суше – совр. группы земноводных и разнообразные пресмыкающиеся, в т. ч. птерозавры и динозавры. В позднем триасе от цинодонтов произошли млекопитающие, а от мелких архозавроморфных рептилий – птицы. Фитогеографич. дифференциация в начале триаса сгладилась, а в середине периода вместо прежних областей возникли новые: в тропич. районах преобладали древесные папоротники, цикадовые, беннеттитовые, в умеренной области – леса таёжного типа, состоящие в осн. из гинкговых, чекановскиевых и хвойных. Вымирание в конце триаса (ок. 203–200 млн. лет назад) коснулось ок. 50% родов и ок. 20% семейств морских организмов, исчезли конуляты, конодонты и мн. группы рыб и водных рептилий, глубокий кризис пережили аммоноидеи, наутилоидеи, двустворчатые моллюски и плеченогие. На суше вымерли глоссоптериевые и ряд групп земноводных и пресмыкающихся.
В юре (ок. 200–145 млн. лет назад) среди морских животных были многочисленны и разнообразны аммониты, белемниты, двустворчатые моллюски, разл. рыбы, ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры, крокодилы, черепахи. Появились некоторые новые группы, в т. ч. планктонные фораминиферы, рудисты и ряд групп плеченогих. Наземная флора характеризовалась широким развитием папоротников и разнообразных голосеменных, фитогеографич. дифференциация усилилась. Среди наземных позвоночных господствовали динозавры. От мелких теропод произошли оперённые формы динозавров, которые параллельно с настоящими птицами освоили активный полёт. Появились совр. группы ящериц. Возникло много новых групп млекопитающих: помимо мелких насекомоядных форм (таких как докодонты, симметродонты, эупантотерии и др.), сформировались специализир. растительноядные (многобугорчатые) и хищники (триконодонты), а также полуводные, роющие и планирующие формы. В Сев. полушарии появились общие предки сумчатых и плацентарных, в Юж. полушарии развивались предки однопроходных.
В мелу (ок. 145–65 млн. лет назад) в морях среди позвоночных господствовали акулы, костистые рыбы, ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры и мозазавры; среди беспозвоночных – разнообразные аммониты, белемниты, двустворчатые моллюски, плеченогие и морские ежи. На суше продолжали доминировать крупные динозавры и птерозавры, но их разнообразие в течение мела неуклонно снижалось; основу наземной фауны позвоночных составляли ящерицы и разнообразные млекопитающие. Возникли сумчатые и плацентарные, появились змеи. В мелу вымерли последние лабиринтодонты и зверообразные. Гл. событием на суше стало появление в середине мелового периода покрытосеменных растений и их быстрое распространение в качестве господствующей группы, видимо, в результате коэволюции с насекомыми. С развитием цветковых была тесно связана эволюция мн. групп животных, в первую очередь насекомых, птиц и млекопитающих. Появились общественные насекомые: термиты, муравьи, пчёлы. В позднем мелу отмечена широкая адаптивная радиация древних плацентарных, в результате которой выделились предки насекомоядных, хищных, копытных, грызунов и некоторых др. групп. В конце мела мн. группы организмов вымерли (до 25% семейств и ок. 50% родов). В морской биоте исчезло большинство групп планктонных фораминифер, кокколитофорид, почти все белемниты и аммониты, многие двустворчатые и брюхоногие моллюски, ряд групп плеченогих, ганоидных рыб, а также большинство морских рептилий. На суше вымерли динозавры и птерозавры, тогда как фауна насекомых и наземная флора изменились слабо. Как и другие массовые вымирания, этот биосферный кризис был обусловлен комплексом геологич. и биоценотич. событий. Широко распространившаяся в последние десятилетия гипотеза о падении крупного метеорита не может служить единственным объяснением вымирания на рубеже мела и палеогена.
В мезозое, пока существовали сухопутные связи между частями разделившейся на неск. материков Пангеи, произошло расселение осн. групп наземных животных. Дальнейшая фрагментация суши и периодически возникавшие сухопутные связи между её осн. массивами определили разнообразие и ход эволюции наземной фауны.
Кайнозойская эра (65 млн. лет назад – до настоящего времени) характеризуется постепенным приближением состава биоты к современному – господством млекопитающих, птиц, насекомых и покрытосеменных на суше и совр. отрядов и семейств мор. организмов в океане. В палеогене (65–23 млн. лет назад) возникли новые группы фораминифер (особенно характерны нуммулиты), моллюсков, мшанок, иглокожих. Крупнейшими морскими хищниками стали акулы совр. типа. В составе наземной флоры в тропич. и субтропич. районах преобладали вечнозелёные двудольные, пальмы и древовидные папоротники, в умеренных – хвойные и широколиственные леса. В палеоцене (ок. 65–55 млн. лет назад) на суше осн. хищники были представлены пресмыкающимися (крокодилы, змеи, гигантские ящерицы), крупными нелетающими птицами и млекопитающими, сходными с кондиляртрами, крупные растительноядные – диноцератами и пантодонтами. В Сев. полушарии появились приматы, грызуны, креодонты, хищные, в Африке – хоботные. Однопроходные существовали в Юж. Америке наряду с сумчатыми, неполнозубыми и южными копытными (нотоунгуляты и др.). В эоцене (ок. 55–34 млн. лет назад) в Сев. полушарии возникли рукокрылые, зайцеобразные, парнокопытные, непарнокопытные, а также многие совр. отряды птиц. Морскую среду начали осваивать архаичные китообразные и сиреновые. К концу эоцена доминировавшие в начале палеогена группы стали реликтовыми, вымерли многобугорчатые, значительно увеличилось число видов грызунов. Осн. компонентом фауны крупных растительноядных стали непарнокопытные: тапирообразные, носорогообразные, бронтотерии, халикотерии, архаичные лошадиные. Возросло разнообразие парнокопытных, появились жвачные. На рубеже эоцена и олигоцена отмечается массовое вымирание архаичных групп млекопитающих, а также планктонных микроорганизмов и морских ежей. В олигоцене (ок. 34–23 млн. лет назад) на фоне общего похолодания и усиления климатич. зональности теплолюбивые леса с преобладанием вечнозелёных двудольных и пальм стали сменяться хвойными и широколиственными, распространились травянистые равнины. Появилось большинство совр. семейств птиц и млекопитающих. Некоторые копытные достигли гигантских размеров (индрикотерии). Крупнейшими хищниками олигоцена были креодонты, но настоящие хищные уже превзошли их разнообразием и дали начало всем группам ластоногих. Появились зубатые и усатые киты. В Юж. полушарии развивались эндемичные фауны млекопитающих: южноамериканская (с преобладанием сумчатых, неполнозубых и южных копытных и участием кавиоморфных грызунов и широконосых обезьян), африканская (хоботные, даманы и др.), мадагаскарская (лемуры, тенреки и др.) и австралийская (однопроходные и сумчатые).
В неогене (ок. 23–1,8 млн. лет назад) заложились совр. биогеографич. области, наземная флора стала близка современной. Соединение отд. материков или их частей и последовавшие фаунистич. контакты обусловили вымирание многих наземных позвоночных и субглобальное распространение некоторых групп. В миоцене в Африку из Евразии проникли кошачьи, волчьи, куньи, носороги, халикотерии, свиньи, полорогие, жирафовые. В Евразию из Африки вселились хоботные (мастодонты, динотерии) и обезьяны, а также лошадиные (анхитерии) из Сев. Америки. Повсеместное вымирание креодонтов совпало с адаптивной радиацией настоящих хищных. В конце миоцена (ок. 10–5,5 млн. лет назад) появились многие из совр. родов млекопитающих. Богатые сообщества растительноядных и хищников существовали в условиях открытых ландшафтов, занятых травянистой растительностью. Важным событием стало появление в миоцене гоминоидов – общих предков человека и человекообразных обезьян. В плиоцене (ок. 5,3–1,8 млн. лет назад) в осн. сформировалась совр. фауна млекопитающих. В Юж. Америку проникли многочисл. представители североамериканской фауны, вытеснившие многие эндемичные группы; в Австралию вселились грызуны. В Евразии и Африке были широко представлены гиппарионы, мастодонты, носороги, свиньи, олени, полорогие, волчьи, гиеновые, кошачьи. Ок. 2,4 млн. лет назад в Африке появились первые представители рода человек (см. Антропогенез).
В четвертичном периоде (начался ок. 1,8 млн. лет назад) закончилось формирование совр. биогеографич. структуры флоры и фауны. В плейстоцене (ок. 1,8–0,01 млн. лет назад) в связи с крупнейшими оледенениями растительный и животный мир Сев. полушария сильно изменился. В высоких широтах сформировалась тундровая растительность, в перигляциальных зонах в холодно-сухие эпохи возникали тундростепные растительные сообщества. В Сев. Америке широко распространились мастодонты, мамонты, саблезубые тигры, мегатерии и глиптодонты. Для Сев. Евразии были характерны мамонт, волосатый носорог, эласмотерий, большерогий олень, первобытный бизон, овцебык, сайгак, пещерный медведь, пещерный лев, пещерная гиена. В эту же эпоху произошло биологич. и социальное становление совр. человека – Homo sapiens. К рубежу плейстоцена и голоцена (более 10 тыс. лет назад) многие крупные млекопитающие ледниковой эпохи вымерли. В голоцене на органич. мир З. стали оказывать большое влияние антропогенные факторы. Начало и продолжительность эонов, эр, периодов даны в соответствии со Стратиграфич. кодексом России (1992) и дополнениями к нему (2000, 2006).
ЧЕЛОВЕК И ЗЕМЛЯ
Ближайшие предки человека появились на З. ок. 6–5 млн. лет назад в Вост. Африке. Здесь же в течение среднего и позднего плиоцена (2,4–1,9 млн. лет назад) сформировался род человек (Homo). На др. континентах ископаемые остатки самых древних его представителей находят в Юго-Вост. Азии (возраст находок 1,8–1,7 млн. лет), на Кавказе (1,7 млн. лет), в Европе (800 тыс. лет), в Австралии (62 тыс. лет), в Америке (ок. 30 тыс. лет). Колонизация океанич. островов началась в историч. время: 6 тыс. лет назад – Карибские о-ва, 3,5–4 тыс. лет назад – Новая Гвинея, Фиджи, Самоа, 1,5 тыс. лет назад – Гавайи, Новая Зеландия, Мадагаскар. Эта хронологич. последовательность иллюстрирует общую картину расселения человека и расширения Ойкумены (области обитания Homo).
Первые масштабные антропогенные преобразования были связаны с применением огня для защиты от хищников и при коллективной охоте. Активное его использование человеком стало причиной формирования многих, т. н. пирогенных, вариантов растительности на разных континентах: в Сев. Америке – это прерии, чаппарраль, в Юж. Америке – пампа, церрадо, льянос, в Европе – пустоши и верещатники, в Сев. Евразии – степи и полупустыни, в Средиземноморье – гарига и маквис, в Новой Зеландии – даунленды, в Африке – вельды, саванна. На протяжении плейстоцена и к началу голоцена человек уничтожил (или способствовал уничтожению, преобразуя местообитания) не менее сотни видов самых крупных травоядных млекопитающих (в т. ч. мамонтов, мастодонтов, стегодонтов, эласмотериев, сиватериев). В результате этой т. н. мезолитической революции значит. часть наземных экосистем претерпела существенные изменения, причём осн. фактором этих изменений был не сам огонь (он мог иметь и природное происхождение), а частота его воздействия («оборот огня»), которая определялась древним человеком.
Следующий масштабный период воздействия человека на природу – переход от собирательства и охоты на полуоседлый и оседлый образ жизни за счёт окультуривания растений и одомашнивания животных. Древние скотоводы и земледельцы стали производить на душу населения больше продовольствия, чем могли потребить сами; произошёл переход к производящей экономике (т. н. неолитическая революция), что привело к развитию оседлости и резкому увеличению численности населения. К 1804 оно составляло 1 млрд. чел., в 1960 – 3 млрд., в 2006 – 6,5 млрд. чел. (половина проживает в городах). Максимальный его прирост пришёлся на сер. и 2-ю пол. 20 в. В 1996–2000 численность увеличивалась ежегодно на 90 млн., в 2000–2005 – на 87 млн. чел. Предполагается постепенное уменьшение прироста населения в течение 30–50 лет, а затем стабилизация численности на уровне 9–11 млрд. с последующим её снижением. Наибольший прирост населения в ближайшие годы ожидается в Индии (1,9%), Китае (1,1%), Пакистане и Нигерии; в ряде стран наблюдается сокращение численности (Россия, Украина, Япония, Италия и др.).
Использование природных ресурсов
Численность населения определяет суммарные потребности общества в природных ресурсах – возобновляемых, к которым относят ресурсы биологические (см. Растительные ресурсы, Ресурсы животного мира), водные ресурсы, атмосферу, почву (относительно возобновляема), солнечную энергию, и невозобновляемых – минеральные ресурсы. Расширение разл. видов производства, развитие транспорта, преобразование ландшафтов и т. п. сопровождаются возрастающим расходованием природных ресурсов, усилением антропогенного давления на мн. природные системы, что нередко приводит к их деградации.
Самой важной формой взаимоотношений человека и природы уже на ранних этапах становления человечества стало потребление биологич. ресурсов. На первых этапах своей эволюции человек как представитель животного мира со смешанным типом питания использовал первичную (растительную) и вторичную (животную) продукцию природных экосистем. Так почти до нашего времени жили аборигены Австралии, Юго-Вост. Азии, Африки и Юж. Америки. Более 10 тыс. лет назад наши предки стали культивировать растения и одомашнивать животных в Африке, на юге Евразии и в Америке (см. Доместикация, Культурные растения).
При переходе от примитивной присваивающей экономики к производящей человек включил в сферу своего потребления практически все возобновляемые ресурсы. О последовавших за этим масштабах преобразования природных экосистем можно судить по совр. состоянию ландшафтов Средиземноморья, Передней и Центр. Азии, Сев. Африки, где к нач. 1-го тыс. до н. э. были уничтожены растительность и мн. виды животных, а земли повсеместно оказались эродированными. Здесь сформировались каменистые травяно-кустарниковые заросли, полупустыни и даже пустыни (в т. ч. в междуречье Тигра и Евфрата, в долинах Нила и Атрека).
Использование возобновляемых ресурсов, разрушение природных экосистем приобрело глобальный характер в результате распространения экстенсивного аграрного производства, в т. ч. подсечно-огневого земледелия, когда под поля расчищаются и выжигаются участки естеств. лесов. Уже к нач. 20 в. площадь обрабатываемых земель составляла 7 млн. км2, или ок. 5% пригодной для с. х-ва суши. За последующие 100 лет площадь пашни выросла до 15,1 млн. км2. Ещё более катастрофичным к нач. 21 в. оказалось состояние пастбищ. Пригодные для пастбищ природные экосистемы полностью преобразованы на площади 34 млн. км2 (22,7% суши). Напр., на равнинах Сев. Америки когда-то обитало до 50 млн. бизонов (после экспансии европейцев к кон. 19 в. их численность снизилась до 1 тыс. голов), ныне только в США насчитывается ок. 100 млн. голов домашнего скота. Пастбищные экосистемы, изъятые у диких животных, эродированы, утратили природную растительность и продуктивность.
Ок. 20% с.-х. угодий на планете – орошаемые. Площади орошаемых земель растут и соответственно увеличиваются расходы пресной воды – ресурса, который в 21 в. стал одним из самых востребованных и в перспективе может занять лидирующие позиции в экспорте некоторых стран, в т. ч. России. На З. для хозяйств. использования доступно менее 1% пресной воды. Уже сейчас мировая потребность в ней превышает половину среднегодового стока всех рек. Значит. часть рек и озёр загрязнена. Реальное потребление воды на З. составляет более 9000 км3 в год (70% – с. х-вом, 22% – пром-стью, 8% расходуется на бытовые нужды). Оборотное водоснабжение в ср. составляет всего 10%. Разные страны используют от 1 до 100% своих ресурсов поверхностных вод, а Саудовская Аравия, Израиль, Кувейт превышают этот показатель в неск. раз за счёт использования артезианских вод, опреснения мор. воды и внешних источников. Более 6300 км3 воды накапливается в десятках тысяч водохранилищ. Строительство плотин привело к зарегулированию и сокращению стока мн. рек, разрушению пойменных экосистем, дефициту пресной воды и вторичному загрязнению водных объектов, когда загрязняющие вещества донных отложений включаются в круговорот веществ. Значит. объёмы этого ресурса идут на разбавление сточных вод, глобальный сброс которых составляет ок. 2000 км3. Ок. 1 млрд. чел. не имеют возможности пользоваться качественной питьевой водой, а 3 млрд. – канализацией.
К кон. 20 в. на З. леса занимали более 38 млн. км2, или 28,4% суши. За последнее десятилетие 20 в. общие потери площади лесов в мире составили 940 тыс. км2 (ежегодно ок. 0,3%). На долю первичных (коренных) лесов на З. приходится только 135 тыс. км2, а остальные леса вторичные (производные), сформировавшиеся преим. под влиянием хозяйств. деятельности человека (гл. обр. вследствие рубок, пожаров, выпаса скота и др.). Более половины заготавливаемой древесины в мире используется в качестве топлива. Глобальный характер уничтожения лесов связан и с лесными пожарами, которые в последние годы приобрели катастрофич. характер. При приросте древесины, составляющем ок. 5 млрд. м3 в год, вырубается 3,3 млрд. м3, что в неск. раз превосходит допустимый объём лесозаготовок. В то же время возрастает защитная функция лесов; напр., леса России, по некоторым расчётам, поглощают ок. 262 млн. т СО2 в год, т. е. не только всю рос. часть его антропогенной эмиссии, но и часть пром. выбросов СО2 др. стран.
Глобальное воздействие человека на атмосферу связано прежде всего с развитием энергетики. Потребление О2 атмосферы сопровождается её загрязнением оксидами азота, серы и углерода (напр., при потреблении 12,9 кг О2 выделяется ок. 10 м3 вышеназванных газов, а также сероводород). По разл. оценкам, индустриальная эмиссия СО2 в нач. 21 в. составляет 657,8–752,1 т в год. По данным на 2003, концентрация СО2 в атмосфере по сравнению с сер. 19 в. увеличилась на 30%.
Полезные ископаемые – топливо (нефть, горючий газ, каменный уголь, горючие сланцы), руды чёрных и цветных металлов и др. начали использоваться человеком гораздо позднее, чем возобновляемые ресурсы. Научившись добывать и использовать полезные ископаемые, он вступил в фазу промышленной (индустриальной) революции. Запасы невозобновляемых ресурсов становятся ограничителем традиц. типа развития. Если объём потребления ресурсов будет удваиваться каждые 30 лет, как это происходило во 2-й пол. 20 в., то некоторых минер. ресурсов хватит предположительно лишь на неск. десятков лет. При стабилизации численности населения на уровне ок. 8 млрд. чел. и повышении эффективности энерго- и ресурсосбережения истощение невозобновляемых ресурсов может отодвинуться на столетия.
Последствия антропогенного воздействия на природные экосистемы Земли
Влияние хозяйств. деятельности человека на живую природу З. приобрело в 20 в. глобальные масштабы и привело к исчезновению мн. видов организмов. Перед угрозой уничтожения оказывается каждый четвёртый вид млекопитающих и каждый восьмой вид птиц. Достоверно известно об исчезновении за последние три столетия при участии человека более 400 видов растений. Вероятно, этот процесс затронул не менее 10 тыс. видов беспозвоночных животных.
К кон. 20 в. на З. оказалось нарушено (в осн. с.-х. производством) 63% поверхности суши (исключая ледники, полярные пустыни, высокогорья и крутые склоны), при этом ок. 40% – полностью трансформировано. В Европе на долю антропогенных экосистем приходится более 85% площади суши, в Африке – 51%, в Азии – 57%, в Австралии – 40%, в Сев. Америке – 45%. Во многих странах доля сохранившихся естеств. экосистем не превышает 5–7%. В большинстве стран Зап. и Центр. Европы и в Японии они отсутствуют полностью. При замещении природных экосистем антропогенными, как правило, уменьшается отражательная способность поверхности З., что ведёт к её нагреву и глобальному потеплению климата. При этом нарушается влагооборот, т. к. естеств. растительность суши за счёт испарения воды растениями (транспирации) обеспечивает поступление осн. части влаги в атмосферу. При масштабном уменьшении поступления влаги в атмосферу происходит аридизация климата и, как следствие, – опустынивание. Кроме того, при трансформации природных экосистем, как правило, усиливается водная и ветровая эрозия (эрозионными процессами затронуто более 30% с.-х. земель). Антропогенные экосистемы характеризуются более бедным составом флоры и фауны, в них велика доля заносных видов.
В мире ежегодно добывается и перемещается более 300 млрд. т веществ в год (50 т на человека), б. ч. которых образует отходы (10% – газообразные и пылеватые, остальные – твёрдые). Следы пром. выбросов Китая находят на ледниках Гренландии, а анализ льдов Антарктиды позволяет судить о масштабах производства и распространения пестицидов. Загрязнение атмосферы (осн. источники – энергетика, металлургия, нефтехимия, транспорт), помимо создания парникового эффекта, глобального потепления климата и роста заболеваемости населения, сопровождается истончением озонового слоя.
В глобальных масштабах загрязнён и Мировой ок., прежде всего в результате того, что он обеспечивает до 75% грузоперевозок на З. Ежегодно в него поступают сточные воды, содержащие нефть и нефтепродукты, пестициды, радионуклиды, хлорорганич. соединения, тяжёлые металлы и др. При загрязнении Мирового ок. нарушаются световой и химич. режимы верхних слоёв воды, что отражается на его биологич. продуктивности.
Расширение экономич. связей привело к глобальному биологич. загрязнению и усилению обмена видами между биогеографич. областями З. В преднамеренную и стихийную интродукцию вовлечены десятки тысяч видов растений и животных. Появление чужеродных видов в Австралии, Новой Зеландии, в умеренных областях Евразии и Сев. Америки уже привело к значит. потерям в хозяйствах и экологич. катастрофам. Особенно остро биологич. загрязнение проявляется в пресных водоёмах и внутренних морях, где вселенцы способны уничтожить аборигенную биоту, снизить продуктивность водоёма.
Существует целый ряд междунар. соглашений и конвенций по снижению антропогенного влияния на биосферу З.: в области стабилизации климата и загрязнения атмосферы – Конвенция о защите озонового слоя (1985), Конвенция об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте (1991), Конвенция об изменении климата (1992) и Протокол об ограничении выброса парниковых газов («Киотский протокол», 1997); в области сохранения биоразнообразия – Конвенция о междунар. торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (1973), Конвенция об охране мигрирующих видов диких животных (1983), Конвенция о биологическом разнообразии (1992); в области сохранения экосистем – Конвенция о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение гл. обр. в качестве местообитаний водоплавающих птиц (1971), Конвенция об охране всемирного культурного и природного наследия (1972), Конвенция по борьбе с опустыниванием (1994); в области охраны морской среды – Конвенция по регулированию китобойного промысла (введена в действие в 1948), Конвенция по защите морской среды района Балтийского моря (1974), Конвенция ООН по морскому праву (1982), Конвенция о защите Чёрного моря от загрязнения (1992) и др. ЮНЕСКО организует мировую сеть биосферных резерватов и объектов Всемирного наследия для охраны особо ценных и уникальных экосистем. См. также Загрязнение окружающей среды, Охрана природы.
Земля и цивилизация
Земля явилась материальной основой цивилизации. Homo sapiens, единственный вид, сумевший надстроить над естеств. средой обитания искусственную среду, получил в борьбе за существование огромные преимущества перед др. видами, что позволило ему широко раздвинуть границы ойкумены. Опыт взаимодействия человека с природой породил в его сознании две разл. парадигмы, которые в равной степени воздействовали на социальное поведение. С одной стороны, он полагал себя хозяином всего сущего на Земле и постоянно был нацелен на использование всех её богатств на собств. нужды, а с другой – не мог не осознавать полную зависимость от природных сил и сакрализовал их. Возникновение цивилизации (ок. 10 тыс. лет до н. э.) расширило производительные возможности человека, который стал преображать планету. Однако этот процесс развивался медленно до тех пор, пока общество оставалось в традиционном, аграрном состоянии. Переход цивилизации на новую фазу развития, связанный с пром. революцией, формированием всемирных хозяйств. связей, стремительным развитием науч. и технич. знаний, увенчался созданием индустриального общества и десакрализацией отношений человека с природой. Преобразуя Землю, он научился создавать новые неизвестные в природе материалы, обнаружил практически неиссякаемые источники энергии, изобрёл новые способы коммуникаций, нашёл избавление от многих болезней, значительно продлил свою жизнь и сделал своё существование более комфортным. Вместе с тем науч.-технич. прогресс к сер. 20 в. достиг таких масштабов, дал людям такие мощные средства созидания и разрушения, что это не могло не вызвать тревогу за будущее планеты и цивилизации. Проблемы развития мира в контексте процессов глобализации заставили по-новому взглянуть и на само человечество, которое может решать эти проблемы лишь на основе собств. целостности и всеобщей ответственности.