Основы изучения географической оболочки земли и пространственно-временных закономерностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

земля атмосфера биогеоценоз география

1. Биосфера. Учение Вернадского о биосфере

2. Современная география, как комплекс взаимосвязанных наук

3. Географическая оболочка. Этапы географической оболочки

4. Облака. Облачность

5. Океаносфера. Мировой океан - водные массы, океанические фронты

6. Магнитное поле Земли

7. Климат. Классификация климатов по Алисову

8. Температура воздуха. Годовой ход

9. Движение Земли вокруг Солнца и его географическое следствие (годовое)

10. Закон географической зональности в географической оболочке. Географические природные пояса

11. Осевое движение Земли и его океаническое следствие

12. Испарение. Испаряемость

13. Литосфера. Состав и строение

14. Географическая оболочка. Единство и целостность

15. Гидросфера. Круговорот воды в географической оболочке

16. Рельеф. Морфоструктуры и морфоскульптуры

17. Атмосферное давление и карты изобар

18. Атмосфера Земли. Состав и строение

19. Радиационный баланс у земной поверхности

20. Солнечная радиация. Распределение солнечной радиации по земной поверхности

21. Географическая оболочка. Состав и строение

22. Годовое движение Земли: смена времен года

23. Влажность воздуха. Её характеристики

24. Географическая оболочка. Ритмичность - закономерность развития географической оболочки

25. Годовое движение Земли, пояса освещенности

26. Атмосфера. Воздушные массы и атмосферные фронты

27. Температура воздуха. Карта изотерм (анализ карты)

28. Ветер. Местные ветры (бриз, бора, фён)



1. Биосфера. Учение Вернадского о биосфере

Биосфера - оболочка земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности. Глобальная экосистема земли.

Эта оболочка заселена живыми организмами и преобразована ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы.

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин "биосфера" был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Согласно представлениям Вернадского, биосфера состоит из нескольких компонентов. Основной -- это живое вещество, совокупность всех живых организмов, населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с неживым (абиогенным) - косным веществом. Такое вещество образуется в результате процессов, в которых живые организмы не принимают участия, например, изверженные горные породы. Следующий компонент - биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняк, мел, лесная подстилка, почвенный гумус и т.д.). Еше одно составляющее биосферы - биокосное вещество -- результат совместной деятельности живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы) и косных (абиогенных) процессов.

Косное вещество резко преобладает по массе и объему. Живое вещество по массе составляет ничтожную часть нашей планеты: примерно 0,25% биосферы. Причем "масса живого вещества остается в основном постоянной и определяется лучистой солнечной энергией заселения планеты". В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.

В.И. Вернадский сформулировал пять постулатов, относящихся к функции биосферы.

Первый постулат: "С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни". Другими словами, первобытная биосфера изначально отличалась богатым функциональным разнообразием.

Второй постулат: "Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы".

Третий постулат: "В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением". То есть первичная биосфера была представлена "совокупностями" организмов типа биоценозов, которые и были главной "действующей силой" геохимических преобразований. Морфологические изменения "совокупностей" не отражались на "химических функциях" этих компонентов.

Четвертый постулат: "Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... -- миграцию химических элементов в биосфере", поэтому "на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас".

Пятый постулат: "Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами".

2. Современная география, как комплекс взаимосвязанных наук

География - единый комплекс наук, изучающих географическую оболочку земли и акцентирующихся на выявлении пространственно-временных закономерностей. Основными объектами изучения географических наук являются геосферы (биосфера, атмосфера, литосфера, гидросфера и почвенный покров) и геосистемы (ландшафты, природные зоны, биогеоценозы).

География дифференцируется на ряд специализированных (отраслевых) научных дисциплин, образующих систему географических наук. В её рамках выделяются естественные (физико-географические) и общественные (социально-экономические) географические науки. Также отдельно выделяют географическую картографию, как отдельную географическую дисциплину.

Географию также подразделяют на физическую географию и социально-экономическую географию.

· Физическая география: объект изучения - географическая оболочка в целом, составляющие её природные комплексы и компоненты. Основу составляет общее землеведение (закономерности географической оболочки в целом) и ландшафтоведение (ландшафтные комплексы).

Отраслевые науки:

o Биогеография

o Климатология

o Геоморфология

o Гидрология

o Океанология

o Гляциология

o Криолитология

o География почв

o Палеогеография.

· Социально-экономическая география: объект изучения - территориальная организация общества. Подразделяется на:

o Экономическая география

o Социальная география

o Политическая география

o Культурная география

o Историческая география

Также сюда относятся Страноведение и Геоурбанистика (комплексное описание отдельных территорий и изучение проблем их развития).

3. Географическая оболочка. Этапы географической оболочки

Географическая оболочка - целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части: верхняя часть литосферы (земная кора), нижняя часть атмосферы (тропосфера, стратосфера), вся гидросфера и биосфера - а также антропосфера проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией.

Верхняя граница: стратопауза (до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы).

Нижняя граница (граница в литосфере): нижний предел области гипергенеза.

Географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже уровня моря, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25-30 км). Наибольшая толщина географической оболочки - около 40 км. Она является объектом исследования географии и её отраслевых наук.

В своём развитии географическая оболочка прошла три основных этапа:

1) неорганический -- до появления жизни на Земле, в этот этап сформировались литосфера, первичный Океан и первичная атмосфера;

2) органический -- формирование и развитие биосферы, преобразовавшей все существующие сферы Земли;

3) антропогенный -- современный этап развития географической оболочки, когда с появлением человеческого общества началось активное преобразование географической оболочки и возникновение новой сферы -- ноосферы -- сферы разума.

Географическая оболочка, изменённая хозяйственной деятельностью человека, называется географической средой. Уже в скором будущем географическая оболочка и географическая среда могут стать синонимами.

Все оболочки Земли находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. Основным источником всех процессов в географической оболочке является энергия Солнца, с которой связаны два важнейших процесса, которые и создают географическую оболочку -- круговорот воды и развитие жизни.

4. Облака. Облачность

Облака - взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые в небе с поверхности земли. Состоят из крупнейших капель воды и/или кристаллов льда (облачные элементы).

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (куче-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) - слоистых, слоисто-кучевых.

Облачность - совокупность облаков, наблюдаемых в определенном месте в определенный момент или период времени. Это один из важных факторов, определяющих погоду и климат. Благодаря экранирующему эффекту облачность препятствует как охлаждению поверхности Земли за счет собственного теплового излучения, так и её нагреву излучением Солнца, тем самым уменьшая сезонные и суточные колебания температуры воздуха.

Количество облаков - степень покрытия неба облаками (в определенный момент или в среднем за некоторый промежуток времени), выраженная в 10-балльной шкале или в процентах покрытия.

При наблюдениях на метеорологических станциях определяется общее количество облаков и количество облаков нижнего яруса; эти числа записываются в дневниках погоды через дробную черту (например, 10/4).

Высота нижней границы облаков (ВНГО) - определяется граница нижнего яруса в метрах. На ряде метеостанций (особенно авиационных) измеряется прибором (погр. 10-15%), на остальных - визуально (погрешность до 50-100%).

Высота верхней границы облаков - может определяться по данным самолетного и радиолокационного зондирования атмосферы. На метеостанциях обычно не измеряется. В авиационных прогнозах по маршрутам и районам указывается ожидаемая (прогнозируемая) высота верхней границы облаков.

Классификация облаков:

o Облака верхнего яруса (6-13 км)

o Перистые

o Перисто-кучевые

o Перисто-слоистые

o Облака среднего яруса (2-7 км)

o Высоко-кучевые

o Высоко-слоистые

o Облака нижнего яруса (до 2 км)

o Слоисто-дождевые

o Слоисто-кучевые

o Слоистые

o Облака вертикального развития (облака конвекции)

o Кучевые

o Кучево-дождевые.

5. Океаносфера. Мировой океан - водные массы, океанические фронты

Океаносфера - это геосфера, представленная водами океанов и морей, отличающимися специфическими физико-химическими свойствами, четко выраженной структурой, сложным обменом энергии и веществ, связанным с огромным количеством растворенных газов, минеральных и органических веществ, взвесей, играющая ведущую роль в формировании и изменении природы всей земли.

Краткое определение: Океаносфера - это геосфера, представленная водами Мирового океана.

Мировой океан - основная часть гидросферы, составляющая 94,2% всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава.

Водные массы - большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода и другими свойствами.

Большое значение в водных массах имеет вертикальная зональность.

Между водными массами нет четких границ, а существуют переходные зоны -- зоны взаимовлияния соседних водных масс. Наиболее отчетливо они выражены в местах соприкосновения теплых и холодных течений. Каждая водная масса более или менее однородна по своим свойствам, но в переходных зонах эти характеристики могут резко меняться.

Водные массы активно взаимодействуют с атмосферой: отдают ей тепло и влагу, поглощают из нее углекислый газ, выделяют кислород.

Океаническим фронтом называется граница между двумя водными массами с различными температурными, химическими и динамическими характеристиками.

Различные виды океанических фронтов обладают различными временными и пространственными масштабами, характеризуются различными свойствами и поддерживаются различными силами.

Бывают климатические, синоптические и локальные.

Климатические - крупные квазистационарные океанические фронты климатического происхождения. Разграничивают основные водные массы и циркуляционные системы в океане.

Главными являются полярные океанические фронты, отделяющие тропические воды от субполярных и полярных вод.

Синоптические - нестабильные и наблюдаются в зонах прибрежных апвеллингов, по краям синоптических вихрей, вдоль кромки льдов в полярных морях (летом).

Локальный океанический фронт возникает между речными и морскими водами в устьях крупных рек, при схождении приливных течений и т.п.

Океанический фронт оказывает заметное влияние на режим окружающих вод. Признаками являются резкие изменения в горизонтальном направлении температур (перепад может достигать нескольких градусов на 1 км при среднем значении 0,1 ^ОС), солености (перепад более 0,01%), плотности, скорости звука, различия в цвете и прозрачности. На поверхности могут наблюдаться скопления пены, плавающих предметов (водорослей, пемзы, обломков), рябь, толчея, видимые завихрения.

Районы полярных океанических фронтов отличаются повышенной биологической продуктивностью.

6. Магнитное поле Земли

Магнитное поле земли (геомагнитное поле) - магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.

Точки земли, в которых напряженность магнитного поля имеет вертикальное направление, называют магнитными полюсами. Таких точек на Земле две: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс.

Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется магнитным экватором. Вектор магнитного поля в точках магнитного экватора имеет приблизительно горизонтальное направление.

Средняя напряжённость поля на поверхности Земли составляет около 0,5 Э (40 А/м) и сильно зависит от географического положения.

Для магнитного поля Земли характерны возмущения, называемые геомагнитными пульсациями вследствие возбуждения гидромагнитных волн в магнитосфере Земли; частотный диапазон пульсаций простирается от миллигерц до одного килогерца.

Магнитными меридианами называются проекции силовых линий магнитного поля Земли на её поверхность; сложные кривые, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах Земли.

Возникновение магнитного поля Земли связывают с протеканием токов в жидком металлическом ядре. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм "магнитное динамо", находится на расстоянии 0,25--0,3 радиуса Земли.

Исследования остаточной намагниченности, приобретённой изверженными горными породами при остывании их ниже точки Кюри, свидетельствуют о неоднократных инверсиях магнитного поля Земли, зафиксированных в полосовых магнитных аномалиях океанической коры, параллельных осям срединных океанических хребтов. В океанической коре, таким образом, записаны все изменения магнитного поля Земли за последние 180 млн лет. Сопоставляя участки с одинаковой намагниченностью по разные стороны океанических хребтов, можно определить, когда эти участки начали расходиться.

7. Климат. Классификация климатов по Алисову

Климат - многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического положения.

Основными глобальными геофизическими циклическими процессами, формирующими климатические условия на Земле, являются теплооборот, влагооборот и общая циркуляция атмосферы.

Б.П. Алисов предложил выделять климатические зоны и области исходя из условий общей циркуляции атмосферы. Семь основных климатических зон: экваториальную, две тропические, две умеренные и две полярные (по одной в каждом полушарии) - он выделает как такие зоны, в которых климатообразование круглый год происходит под преобладающим воздействием воздушных масс только одного типа: экваториального, тропического, умеренного (полярного) и арктического (в южном полушарии - антарктического) воздуха.

Между ними - шесть переходных зон, по три в каждом полушарии, характеризующихся сезонной сменой преобладающих воздушных масс:

- Две субэкваториальные зоны (зоны тропических муссонов) - летом преобладает экваториальный, зимой - тропический воздух;

- Две субтропические зоны - летом преобладает тропический, зимой - умеренный воздух;

- Субарктическая и субантарктическая зоны - летом преобладает умеренный, зимой - арктический и субантарктический воздух.

8. Температура воздуха. Годовой ход

Температура воздуха - одно из свойств воздуха в природе, выражающееся количественно.

Температура воздуха, а также почвы и воды в большинстве стран выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (?С), общепринятой в физических измерениях. Ноль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лёд, а +100?С -- на температуру кипения воды.

В США и ряде других стран используется шкала Фаренгейта (F). В этой шкале интервал между точками таяния льда и кипения воды разделён на 180?, причём точке таяния льда приписано значение +32 F. Таким образом, величина одного градуса Фаренгейта равна 5/9?С, а нуль шкалы Фаренгейта приходится на ?17,8?С. Нуль шкалы Цельсия соответствует +32?F, а +100 ?С = +212?F.

Кроме того, в теоретической метеорологии применяется абсолютная шкала температур (шкала Кельвина), K. Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению теплового движения молекул, то есть самой низкой возможной температуре. По шкале Цельсия это будет ?273,15?0,03?С. Величина единицы абсолютной шкалы равна величине градуса шкалы Цельсия.

Виды температуры воздуха:

- Активная температура - температура воздуха, больше чем биологический минимум на протяжении всего периода вегетации;

- Максимальная температура - самая высокая температура воздуха на протяжении определённого промежутка времени;

- Минимальная температура - самая низкая температура воздуха на протяжении определённого промежутка времени.

Наиболее низкие температуры воздуха у поверхности земли наблюдаются на полюсах планеты. При этом могут подразумеваться либо абсолютные минимумы температуры, либо минимумы средних годовых величин.

Рекорды максимальной температуры:

Всемирная метеорологическая организация считает рекордом 56,7?C, зафиксированные 10 июля 1913 года на ранчо Гринленд в долине Смерти (штат Калифорния, США).

21 июля 1983 г. на станции Восток, Антарктика, на высоте 3420 м над уровнем моря была зарегистрирована рекордно низкая температура: ?89,6?C. Среднегодовая температура на станции Восток ?60,2?C.

Годовой ход температуры воздуха

Типы среднего изменения температуры воздуха у земной поверхности в течение года. Различают следующие главные Т. Г. X. Т. В.:

1) экваториальный -- с небольшой годовой амплитудой (над океанами нередко меньше 1° и над материками 5--10°), двумя максимумами после равноденствий и двумя минимумами после солнцестояний;

2) тропический -- с амплитудой порядка 5° над океанами и 20° над сушей, максимумом после летнего и минимумом после зимнего солнцестояния;

3) умеренного пояса -- с максимумом (в северном полушарии) в июле или августе и минимумом в январе или феврале (в морском климате позже, чем в континентальном), большой амплитудой, достигающей внутри материков 60° и более. Этот тип делится на подтипы: субтропический, собственно умеренный и субполярный;

4) полярный -- с очень большой, даже и в морских пунктах, годовой амплитудой, максимумом в июле -- августе и минимумом в марте, ко времени появления солнца.

9. Движение Земли вокруг Солнца и его географическое следствие (годовое)

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 30 км/с. Длина этой орбиты - 930 млн. км, а полный оборот Земля совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд (звездный год). Земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5? и этот наклон постоянно сохраняется. Вследствие этого солнечные лучи падают на земную поверхность неравномерно. Неравномерно поступает и тепло от Солнца. Это приводит к неодинаковой продолжительности дня и ночи на всех широтах (кроме экватора) и к смене времен года на нашей планете.

Путь движения Солнца между этими четырьмя точками (равноденствия и солнцестояния) делится на секторы по 90? каждый. Прохождение Солнцем по каждому из секторов вызывает на Земле смену времен года (осень, зима, весна, лето). Когда Земля поворачивает к Солнцу свое Северное полушарие, во всех странах, расположенных севернее экватора, наступает лето и удлиняется день, а в странах к югу от экватора наступает зима и укорачивается день.

Эллиптичность орбиты годового движения Земли приводит к изменениям скорости ее движения вокруг Солнца. Находясь в перигелии (ближе всего к Солнцу), Земля имеет максимальную скорость движения, поэтому осень и зима в Северном полушарии короче остальных сезонов, в Южном полушарии - лето короче, а зима длиннее.

Географические следствия движения Земли - явления, вызванные разными видами движения Земли и оказывающие влияние на форму Земли, природные процессы и жизнь человека: смена дня и ночи, смена времен года, отклонение движения тел под воздействием ускорения Кориолиса, приливы, отливы и др.

1) Белые ночи - светлые ночи, когда вечерние сумерки смыкаются с утренними, и ночная темнота не наступает. Белые ночи наблюдаются в обоих полушариях на широтах свыше 60 град. В Санкт-Петербурге белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске с 13 мая по 30 июля. За полярным кругом белые ночи предшествуют полярному дню и наблюдаются некоторое время после его окончания.

2) Смена времен года;

3) Закон миграции речного русла - в физической географии - закон, согласно которому реки в результате отклоняющего действия вращения Земли вокруг ее оси имеют тенденцию смещать свое русло в северном полушарии вправо, а в южном полушарии - влево. Следствие: У рек Северного полушария правый берег обычно крутой, а левый - пологий.

4) Полярная ночь - период, когда Солнце в высоких широтах многие сутки не поднимается над горизонтом; явление, противоположное полярному дню; наблюдается одновременно с ним на соответствующих широтах другого полушария.

5) Полярный день - период, когда Солнце в высоких широтах многие сутки не опускается за горизонт. Продолжительность полярного дня тем больше, чем дальше к полюсу от полярного круга. На полярных кругах Солнце не заходит только в день солнцестояния, на 68 град. широты полярный день длится около 40 суток, на Северном полюсе - 189 суток.

6) Равноденствие - момент времени, когда Солнце при своем видимом годичном перемещении по эклиптике пересекает небесный экватор: солнечные лучи касаются обоих полюсов, а земная ось перпендикулярна лучам. Весеннее равноденствие бывает 21-22 марта, осеннее - 22-23 сентября. При равноденствии Северное и Южное полушария освещены одинаково, на всей Земле (исключая районы полюсов) день равен ночи, на одном полюсе Солнце восходит, на другом - заходит.

7) Системы счета времени - способы отсчета интервалов времени путем сравнения их с принятыми основными единицами, в качестве которых используются различные естественные или искусственные периодические процессы: обращение Земли вокруг Солнца, вращение Земли, качание маятника, колебание кварцевой пластинки и т.д. Установлением и контролем систем счета времени занимаются национальные и международные службы времени.

8) Солнцестояние - момент прохождения центром Солнца точек эклиптики, наиболее удаленных от экватора (точек солнцестояния). Различают летнее и зимнее солнцестояние.

В день летнего солнцестояния (21-22 июня) достигается самая большая продолжительность дня в Северном полушарии. В Южном полушарии в это время самый короткий день.

В день зимнего солнцестояния (21-22 декабря) картина обратная: самый короткий день в Северном полушарии, самый длинный - в Южном.

9) Ускорение Кориолиса - ускорение относительно поверхности Земли, испытываемое любым движущимся телом вследствие того, что вращающаяся Земля не является инерциальной системой координат.

Ускорение Кориолиса связано только с подвижной системой отсчета.

Ускорение Кориолиса в Северном полушарии направлено вправо по отношению к направлению движения, в Южном - влево, и равно нулю на экваторе, а максимальное значение имеет на полюсах; его величина не зависит от направления движения.



10. Закон географической зональности в географической оболочке. Географические природные пояса

Многие физико-географические явления в географической оболочке распределяются в форме полос, вытянутых вдоль параллелей, или под некоторым углом к ним. Это свойство географических явлений называется зональностью (закон географической зональности).

В настоящее время считается, что природная зональность представлена:

· компонентной зональностью;

· ландшафтной зональностью.

Все компоненты географической оболочки подчинены Мировому закону зональности. Зональность отмечается для климатических показателей, растительных группировок и типов почв. Она проявляется также в гидрологических и геохимических явлениях, как производная от климатических и почвенно-растительных условий.

В основе зональности физико-географических явлений - закономерность поступления солнечной радиации (приход убывает от экватора к полюсам).

Фактор прозрачности атмосферы накладывается на распределение солнечной радиации, и является азональным (он не связан с формой Земли).

К еще большему нарушению зональности приводят свойства земной поверхности - теплоемкость и теплопроводность. Также большое влияние на распределение тепла на поверхности Земли оказывают океанические и воздушные течения (они образуют системы переноса тепла).

Поскольку в распределении влаги и тепла сохраняется ориентация по широте, то и все явления, связанные с климатом, ориентированы поширотно. В результате на Земле образуется поширотная структура, называемая географической поясностью.

Поясность проявляется в распределении основных климатических характеристик: солнечной радиации, температуры и атмосферного давления, что приводит к образованию системы из 13 климатических поясов.

В 50-х годах XX столетия географы Григорьев и Будыко развили закон зональности Докучаева и сформулировали периодический закон географической зональности.

Этим законом устанавливается повторение однотипных географических зон внутри поясов - в зависимости от соотношения тепла и влаги. Так, лесные зоны имеются в экваториальном, субэкваториальном, тропическим и умеренном поясах. Степи и пустыни также встречаются в разных географических поясах. Наличие однотипных зон в разных поясах объясняется повторением одинаковых соотношений тепла и влаги.

Секторность - это географическая зональность, которая выражается в смене основных природных показателей по долготе, то есть от океанов вглубь материков.

11. Осевое движение Земли и его океаническое следствие

Осевое движение Земли. Земля вращается с запада на восток, против часовой стрелки, при этом угловая скорость вращения одинакова и составляет 15 градусов. Линейная скорость зависит от широты местности: на экваторе она максимальна и составляет 464 м/с, на полюсах скорость падает до нуля.

Полный оборот вокруг своей оси наша планета производит за 23 часа 56 мин 4 сек. (сутки).

За земную ось принимают воображаемую прямую линию, проходящую через полюса, вокруг которой вращается Земля. Перпендикулярно оси расположен экватор - это большой круг, образованный пересечением Земли, перпендикулярный оси вращения на расстоянии, равном от обоих полюсов.

Благодаря осевому вращению Земли:

1. При вращении Земли возникает центробежная сила, которая играет важную роль в формировании фигуры планеты и тем самым уменьшает силу притяжения.

2. Происходит смена дня и ночи.

3. Появляется отклонение тел от направления их движения, сила Кориолиса.

4. Явления суточной ритмичности и биоритмы.

Эффекты силы Кориолиса:

Закон Бэра. Как впервые отметил петербургский академик Карл Бэр в 1857 году, реки размывают в северном полушарии правый берег (в южном полушарии -- левый), который вследствие этого оказывается более крутым (закон Бэра). Объяснение эффекта аналогично объяснению отклонения снарядов при стрельбе в горизонтальном направлении: под действием силы Кориолиса вода сильнее ударяется в правый берег, что приводит к его размытию, и, наоборот, отступает от левого берега.

Атмосферные явления: пассаты, циклоны и антициклоны. Явление пассатов вызывается неодинаковостью нагрева нижних слоёв земной атмосферы в приэкваториальной полосе и в средних широтах, приводящему к течению воздуха вдоль меридиана на юг или север в северном и южном полушариях, соответственно. Действие силы Кориолиса приводит к отклонению потоков воздуха: в северном полушарии -- в сторону северо-востока (северо-восточный пассат), в южном полушарии -- на юго-восток (юго-восточный пассат).

Циклоном называется атмосферный вихрь с пониженным давлением воздуха в центре. Массы воздуха, стремясь к центру циклона, под действием силы Кориолиса закручиваются против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Аналогично, в антициклоне, где в центре имеется максимум давления, наличие силы Кориолиса приводит к вихревому движению по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном. В стационарном состоянии направление движения ветра в циклоне или антициклоне таково, что сила Кориолиса уравновешивает градиент давления между центром и периферией вихря (геострофический ветер).

12. Испарение. Испаряемость

Испарение -- процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества.

Испаряемость -- максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности, то есть в условиях неограниченного запаса влаги. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды и сильно отличается от фактического испарения, особенно в пустыне, где испарение близко к нулю, а испаряемость -- 2000 мм в год и более.

Водяной пар поступает в атмосферу посредством испарения с подстилающей поверхности и транспирации растениями. Испарение зависит от дефицита влажности и скорости ветра. На испарение тратится много тепла, так на испарение 1 г воды требуется 600 кал.

Испарение с океана на всех широтах значительно больше, чем испарение с суши. Испарение в океане может достигать величины 3000 мм в год, тогда как на суше максимум 1000 мм.

Различия в распределении испарения по широтам определяются радиационным балансом и увлажнением территории. В общем, в направлении от экватора к полюсам в соответствии с понижением температуры испарение уменьшается.

В случае отсутствия достаточного количества влаги на испаряющей поверхности испарение не может быть большим даже при высокой температуре и большом дефиците влажности. Возможное испарение, называемое испаряемость, в этом случае велико.

Над водной поверхностью испарение и испаряемость равны по величине, над сушей испарение может быть значительно меньше испаряемости. Испаряемость характеризует величину возможного испарения с суши при достаточном увлажнении.

13. Литосфера. Состав и строение

От латинских слов литос - камень, сфера - шар. Буквальный перевод - "каменная сфера", твёрдая верхняя сфера, оболочка Земли, переходящая без определённой резкой границы в нижележащую астеносферу, прочность вещества которой относительно мала.

Литосфера в современном понимании включает земную кору, то есть верхнюю оболочку Земли и отделённую от неё границей Мохоровичича (Мохо) жёсткую часть верхней мантии Земли, имеющую оливин-пироксеновый состав. Сверху литосфера ограничена атмосферой и гидросферой, которые частично проникают в неё.

Мощность литосферы неопределённа и колеблется, вероятно, от 50 до 200 км. Мощность верхней её части - земной коры - достигает 30-60 км под материками и 5-10 км под океанами. Земная кора по весу наполовину состоит из кислорода, приблизительно на 1/4 из кремния, на 1/3 - из алюминия и на 1/24 - из железа. Различные соединения элементов, образующихся в результате природных процессов, называются минералами, которые группируются в некоторые естественные ассоциации, называемые горными породами. Они бывают трёх классов: осадочные, магматические, метаморфические.

Магматические горные породы образуются за счет застывания магмы.

Осадочные горные породы возникают за счет отложения пород разными способами на земной поверхности (как правило, осадконакопление происходит на дне водоемов). Метаморфические породы образуются в результате изменения магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в недрах Земли.



14. Географическая оболочка. Единство и целостность

Географическая оболочка - целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части: верхняя часть литосферы (земная кора), нижняя часть атмосферы (тропосфера, стратосфера), вся гидросфера и биосфера - а также антропосфера проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией.

Верхняя граница: стратопауза (до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы).

Нижняя граница (граница в литосфере): нижний предел области гипергенеза.

Географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже уровня моря, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25-30 км). Наибольшая толщина географической оболочки - около 40 км. Она является объектом исследования географии и её отраслевых наук.

Целостность географической оболочки проявляется в том, что изменение одного компонента природного комплекса неизбежно вызывает изменение всех остальных и всей системы, как целого.

Единство и целостность географической оболочки обеспечивается системой перемещения вещества и энергии. Самой активной формой переносов при этом являются круговороты. Круговая форма переносов позволяет осуществлять непрерывность движения в условиях ограниченного количества вещества.

Потоки воздуха, воды (в океанах, руслах рек и подземных горизонтах), перемещение льда, минеральных частиц и другого вещества, а также потоки энергии служат каналами, связывающими части географической оболочки в единое целое. Переносы в географической оболочке осуществляются в определенных направлениях.

В умеренных широтах преобладает западный перенос масс воздуха. Известна устойчивость океанических течений. Определенной упорядоченностью и устойчивостью обладают движения ледников, поверхностных и подземных вод и т.д.

При этом отмечается различная скорость переноса разных типов вещества. Наибольшая скорость наблюдается при распространении света (300 тыс. км/с). Медленнее всего происходит передвижение блоков земной коры, а также льда. Процессы в атмосфере происходят во много раз быстрее, чем в других средах, то есть их скорость убывает в направлении: атмосфера - гидросфера - литосфера.

Различная скорость обмена приводит к тому, что каждая часть географической оболочки, отличающейся от других характером вещества, приобретает черты относительной обособленности. На этой основе и сформировалось представление о геосферах, как об относительно самостоятельных системах, представляющих собой части целого.

15. Гидросфера. Круговорот воды в географической оболочке

Гидросфера - это совокупность всех вод Земли. Все многообразие природных вод в жидком, твердом и газообразном состоянии можно разделить на 4 части:

· воды мирового океана (океаны, моря, заливы, проливы) - 96,4% всей воды на Земле;

· воды суши (внутренние воды) - реки озера, ледники, болота;

· воды атмосферы (облака, водяной пар);

· воды в составе живых организмов.

Один из важнейших процессов в географической оболочке - круговорот воды (влагооборот). При влагообороте осуществляется перенос вещества и энергии в географической оболочке посредством воды. Различают малые и большой круговорот. К малым круговоротам относят региональные влагообороты: материково-атмосферный; океанско-атмосферный; океанско-атмосферно-материковый.

В большом круговороте все малые круговороты являются его звеньями. В большом круговороте можно выделить следующие основные звенья: Материковое; Атмосферное; Океаническое. Круговорот осуществляет перенос влаги и тепла, он связывает земные оболочки и играет исключительно важную роль в образовании комплексной природной оболочки Земли.

Круговорот воды - непрерывный замкнутый процесс перемещения воды, охватывающий гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу. Наиболее быстрый круговорот воды происходит на поверхности Земли. Он совершается под действием солнечной энергии и силы тяжести. Влагооборот складывается из процессов испарения, переноса водяного пара воздушными потоками, конденсации и сублимации его в атмосфере, выпадения осадков над Океаном или сушей и последующего стока их в Океан. Основной источник поступления влаги в атмосферу - Мировой океан, меньшее значение имеет суша. Особую роль в круговороте занимают биологические процессы - транспирация и фотосинтез.

16. Рельеф. Морфоструктуры и морфоскульптуры

Рельеф - совокупность неровностей твёрдой земной поверхности и иных твёрдых планетных тел, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных и отрицательных форм. Рельеф является объектом изучения геоморфологии.

Морфоструктура - крупная форма рельефа, формирующаяся в результате взаимодействия внешних и внутренних сил при преобладающем воздействии внутренних (эндогенных) сил.

Неодинаковое строение и различная геологическая история отдельных участков земной коры определяют их морфологические различия.

Морфоскульптуры - мелкие формы рельефа (речные долины, балки, овраги, холмистые или грядовые сочетания ледниковых форм, карстовые формы и др.), в образовании которых главная роль принадлежит экзогенным процессам - флювиальным, гляциальным, криогенным, эоловым и др.

Отдельные формы рельефа, созданные экзогенными процессами, относительно невелики по размерам и осложняют поверхность более крупных неровностей земной поверхности - морфоструктур.

Морфоскульптура, как правило, моложе морфоструктур в пределах которых она сформировалась. Морфоструктура, в основном, формировалась в неоген-четвертичное время, а морфоскульптура в ее современном виде сложилась в позднем плейстоцене и голоцене.

Морфоскульптурные зоны на равнинах и пояса в горах выделяются по преобладающему типу рельефа. При этом их границы часто не совпадают с границами современных ландшафтных зон с характерными для них экзогенными процессами. Это обусловлено тем, что существующая ныне морфоскульптура возникла не на современном этапе, а в предшествующие эпохи, характеризовавшиеся иным расположением природных зон, и формировалась она другими, соответствовавшими тем условиям, процессами. И, поскольку формы рельефа в составе любых геокомплексов - наиболее устойчивые элементы, реликтовая морфоскульптура продолжает существовать в современных ландшафтах.

17. Атмосферное давление и карты изобар

Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади; с высотой атмосферное давление убывает.

Показателем давления служит высота ртутного столба в мм, уравновешиваемого давлением воздуха. В системе СГС атмосферное давление измеряется в миллибарах (мбар), в системе СИ - в гектопаскалях (гПа).

При повышении температуры воздух расширяется и конвективно поднимается, а давление падает. При уменьшении температуры воздух сжимается, становится более плотным, а давление растет.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

Карта изобар - карта распределения давления на уровне моря или на том или ином стандартном уровне в свободной атмосфере. На карте проводятся линии равного давления -- изобары, обрисовывающие области повышенного и пониженного давления -- барические системы. При этом карта может быть синоптической, если она относится к определенному моменту времени, или средней, если на ней нанесены средние величины за некоторый промежуток времени. Средняя карта изобар, составленная по многолетним данным, является климатологической.

18. Атмосфера Земли. Состав и строение

Атмосфера - это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км.

История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались.

С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь.

Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Состав:

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2).

Состав сухого воздуха[1][2]
Газ	Содержание по объёму, %	Содержание по массе, %
Азот	78,084	75,50
Кислород	20,946	23,10
Аргон	0,932	1,286
Вода	0,5-4	--
Углекислый газ	0,0387	0,059

Также в меньших количествах в состав входят Неон, Гелий, Метан, Криптон, Водород, Ксенон, Закись азота.

В последнее время все более большую роль в атмосфере сыграют аэрозольные пылеватые частицы - продукты человеческой деятельности, которые можно обнаружить не только в тропосфере, но и на больших высотах. Физические процессы, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на климатические условия разных районов Земли.

Строение атмосферы

· Тропосфера - верхняя граница - 8-10 км в полярных, 10-12 в умеренных, 16-18 в тропических широтах. Содержит более 80% массы атмосферного воздуха и 90% всего водяного пара. Развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Вертикальный градиент убывания температуры: 0,65°/100 м.

· Тропопауза - переходный слой от тропосферы к стратосфере. Прекращается снижение температуры с высотой.

· Стратосфера - высота 11-50 км. В слое 25-40 км температура повышается от -56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии).

· Стратопауза - пограничный слой между стратосферой и мезосферой. Максимум вертикального распределения температур (0°С).

· Мезосфера - начинается на 50км, простирается до 80-90км. Температура понижается со средним градиентом (0,25--0,3)°/100 м. Основной энергетический процесс - лучистый теплообмен.

· Мезопауза - переходный слой между мезосферой и термосферой. Минимум в вертикальном распределении температур (-90 °С).

· Линия Кармана - Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом.

· Граница Атмосферы Земли - принято считать 118 км.

· Термосфера - Верхний предел -- около 800 км. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха (полярные сияния). На высотах выше 300км преобладает атомарный кислород. Высота верхнего предела определяется текущей активностью солнца (в периоды низкой активности 2008-2009 гг. - заметное уменьшение слоя).

· Термопауза - область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. Поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

· Экзосфера - зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

19. Радиационный баланс у Земной поверхности

Определение: Разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением называют радиационным балансом земной поверхности. В ночные часы, когда суммарная радиация отсутствует, отрицательный радиационный баланс равен эффективному излучению.

Эффективное излучение. Встречное излучение всегда несколько меньше земного. Поэтому земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением.

Эффективное излучение представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью. Эффективное излучение существует и в дневные часы. Но днем оно перекрывается или частично компенсируется поглощенной солнечной радиацией. Поэтому земная поверхность днем теплее, чем ночью, но и эффективное излучение днем больше.

Географическое распределение суммарной радиации. Распределение годовых и месячных количеств суммарной солнечной радиации по земному шару зонально: изолинии (т. е. линии равных значений) потока радиации на картах не совпадают с широтными кругами. Отклонения эти объясняются тем, что на распределение радиации по земному шару оказывают влияние прозрачность атмосферы и облачность. Годовые количества суммарной радиации особенно велики в малооблачных субтропических пустынях. Зато над приэкваториальными лесными областями с их большой облачностью они снижены. К более высоким широтам обоих полушарий годовые количества суммарной радиации убывают. Но затем они снова растут -- мало в Северном полушарии, но весьма значительно над малооблачной и снежной Антарктидой. Над океанами суммы радиации ниже, чем над сушей.

Радиационный баланс земной поверхности за год положительный повсюду на Земле, кроме ледяных плато Гренландии и Антарктиды. Это означает, что годовой приток поглощенной радиации больше, чем эффективное излучение за то же время. Но это вовсе не значит, что земная поверхность год от года становится все теплее. Избыток поглощенной радиации над излучением уравновешивается передачей тепла от земной поверхности в воздух путем теплопроводности и при фазовых преобразованиях воды (при испарении с земной поверхности и последующей конденсации в атмосфере).

Следовательно, для земной поверхности не существует радиационного равновесия в получении и отдаче радиации, но существует тепловое равновесие: приток тепла к земной поверхности как радиационными, так и нерадиационными путями равен его отдаче теми же способами.

На океанах радиационный баланс больше, чем на суше в тех же широтах. Это объясняется тем, что радиация в океанах поглощается большим слоем, чем на суше, а эффективное излучение не такое большое вследствие более низкой температуры морской поверхности, чем поверхности суши. Существенные отклонения от зонального распределения имеются в пустынях, где баланс ниже вследствие большого эффективного излучения в сухом и малооблачном воздухе. Баланс понижен также, но в меньшей мере, в районах с муссонным климатом, где в теплое время года облачность увеличивается, а поглощенная радиация уменьшается по сравнению с другими районами под той же широтой.

Географическое распределение радиационного баланса. Как известно, радиационный баланс является разностью между суммарной радиацией и эффективным излучением. Эффективное излучение земной поверхности распределяется по земному шару более равномерно, чем суммарная радиация. Дело в том, что с ростом температуры земной поверхности, т. е. с переходом к более низким широтам, растет собственное излучение земной поверхности; однако одновременно растет и встречное излучение атмосферы вследствие большего влагосодержания воздуха и более высокой его температуры. Поэтому изменения эффективного излучения с широтой не слишком велики.

20. Солнечная радиация. Распределение солнечной радиации по земной поверхности

Солнечная радиация - это вся энергия Солнца, поступающая на Землю.

Та часть солнечной радиации, которая достигает поверхности Земли без препятствий, называется прямой радиацией. Максимально возможное количество прямой радиации получает единица площади, расположенная перпендикулярно к солнечным лучам. Если солнечные лучи проходят через облака и водяной пар, то это рассеянная радиация.

Количественной мерой солнечной радиации, поступающей на некоторую поверхность, служит энергетическая освещенность, или плотность потока радиации, т.е. количество лучистой энергии, падающей на единицу площади в единицу времени. Энергетическая освещенность измеряется в Вт/м2.

Количество солнечной радиации зависит от:

1) угла падения солнечных лучей

2) продолжительности светлого времени суток

3) облачности.

В атмосфере поглощается около 23% прямой солнечной радиации. Причем поглощение это избирательное: разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени.

На верхнюю границу атмосферы солнечная радиация приходит в виде прямой радиации. Около 30% падающей на Землю прямой солнечной радиации отражается назад в космическое пространство. Остальные 70% поступают в атмосферу.

Самое большое количество солнечной радиации получают пустыни, лежащие вдоль линий тропиков. Солнце там поднимается высоко и погода почти весь год безоблачная.

Над экватором в атмосфере много водяного пара, который формирует плотную облачность. Пар и облачность поглощает большую часть солнечной радиации.

Полярные районы получают меньше всего радиации, там солнечные лучи почти скользят по поверхности Земли.

Подстилающая поверхность отражает радиацию по-разному. Тёмные и неровные поверхности отражают мало радиации, а светлые и гладкие хорошо отражают.