Сучасні краєвиди світу. Біосфера. поняття про географічний ландшафт
Викладено основи геоекологічних знань, показано значення міждисциплінарного наукового напряму, що вивчає взаємопов'язані геосфери у тісній інтеграції їх із соціальною сферою. Висвітлено природні та соціально-економічні наслідки зміни геосфер під впливом антропогенного фактора. Розглянуто природні та соціально-економічні фактори екосфери, проблеми глобальних змін, геоекологічні проблеми атмосфери, гідросфери, літосфери, біосфери. Надано геоекологічні аспекти природно-техногенних систем. З геоекологічних позицій оцінено сучасний стан та стійкість біосфери.
Для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за екологічними спеціальностями.
У науковій літературі зустрічається різнозначне тлумачення понять, що позначаються словом «біосфера». Згідно з одним, більш широким, біосфера – це область існування живої речовини. У цьому сенсі біосферу розумів В. І. Вернадський і в цьому ж сенсі воно часто зустрічається у літературі, особливо популярної. Поняття «біосфера» багато в чому збігається з поняттям чи географічної оболонки, чи екосфери, і тому в такому сенсі у цій книзі не використовується. У вужчому сенсі біосфера – одне з геосфер Землі. Це сфера поширення живої речовини, і саме в такому сенсі ми розглядаємо біосферу.
Біосфера сконцентрована переважно у вигляді відносно тонкої плівки на поверхні суші і переважно (але не виключно) у верхніх шарах океану. Вона не може функціонувати без тісної взаємодії з атмосферою, гідросферою та літосферою, а педосфера без живих організмів просто не існувала б.
Наявність біосфери відрізняє Землю з інших планет Сонячної системи. Особливо слід наголосити, що саме біота, тобто сукупність живих організмів світу, створила екосферу у тому вигляді, як вона є (або, точніше, якою вона була до початку активної діяльності людини), і саме біота відіграє найважливішу роль у стабілізації екосфери. Киснева атмосфера, глобальний кругообіг води та ключова роль вуглецю та його сполук пов'язані з діяльністю біоти і характерні лише для Землі. Біота відіграє значну, якщо не визначальну роль у всіх глобальних біогеохімічних циклах. В основному завдяки біоті забезпечується гомеостазис екосфери, тобто здатність системи підтримувати її основні параметри, незважаючи на зовнішні впливи, як природні, так і зростаючою, антропогенні.
Екологія значно розширила сферу своїх досліджень і в даний час розглядає закономірності екосистеми у зв'язку з географією та діяльністю людини. Звідси виникають загальні геоекологічні закономірності лише на рівні біосфери.
Основу географічних закономірностей становлять рельєф, єдність (цілісність) біосфери, збереження рівноваги в природі, зональність та азональність, полярна асиметрія та обмін речовин.
У 1974 р. відомим американським екологом Б. Коммонер перераховані закономірності були об'єднані в чотири закони:
1. Все пов'язане з усім.Невеликий зсув в одному місці екологічної системи призводить до непередбачених наслідків усієї екосистеми.
2. Ніщо не зникає безвісти і не зникає в нікуди.Речовина вступає в обмін речовин і переходить із однієї форми до іншої.
3. Природа знає краще.Людина знає, що, " поліпшуючи " природу, може порушити у ній закономірності розвитку.
4. За все доводиться платити.Людина, безоплатно і безграмотно використовуючи природні ресурси, забруднює повітря, воду, грунт. Має бути межа безгосподарної діяльності. Усі дії людини на рівних умовах мають вирішуватися на користь природи. Майбутнє біосфери безпосередньо залежить від розуму людей, що живуть у ній. Тільки зберігаючи якість довкілля, людина може захистити себе як біологічний вигляд.
Другий шлях збереження людства - це можливість пристосування до несприятливих умов середовища. За біологічними законами природи у разі відсутності названих двох умов людське суспільство поступово зникне. Тому збереження рівноваги планети, вивчення закономірностей єдності географічної оболонки допомагають здійснювати життєві процеси у межах біосфери.
Біосфера- область дослідження екології, найбільша екологічна система земної кулі. Для глибшого вивчення географічної оболонки та біосфери зупинимося на деяких геоекологічних поняттях.
Біосфера- сприятливе середовище існування живих організмів Землі. Площі її простягаються від невеликих нір, гнізд птахів та мурашників до великих долин, біоценозів та екосистем (рис. 64).
Рис. 64. Квітка - місце проживання метелика
Географічна оболонка- єдина територіальна система, що займає весь зовнішній шар земної кулі. Вона охоплює всі складові біосфери. Загальна глибина географічної оболонки становить 35–40 км.
Будова, характеристика та область дослідження географічної оболонки та біосфери подібні, це взаємодоповнюючі одна одну системи. Хоча біосфера поступається географічній оболонці за обсягами і розмірами, в ній зосереджені всі організми, що живуть нині на Землі. Дві великі екосистеми є об'єктом вивчення екології. Термін "географічна оболонка" введений у науку А. А. Григор'євим (1932), а "біосфера" - Е. Зюсс (1875).
Однією з основних властивостей географічної оболонки є неоднорідність простору. Просторовий розподіл земної кори – результат тривалих та складних геобіологічних процесів. Наприклад, основний показник географічної оболонки – геосистеми, або природні ландшафти.
Екосистеми- природний комплекс, утворений сукупністю живих організмів та безперервним потоком речовин та енергії на Землі.
Розміри і біомаса екосистеми можуть бути різними - від невеликих до величезних територій. Вони охоплюють надземну (атмосфера), підземну (літосфера) та водну (гідросфера) життєві середовища. Наприклад, поняття "екосистема" застосовується, починаючи від краплі води до океану. За своєю природою екосистеми поділяються на природні та антропогенні.
Одна з основних властивостей "екосистеми" – різноманітність розмірів. Найвищою, глобального масштабу, екосистемою є біосфера. Прості екосистеми (біогеоценози) характеризуються відносною однорідністю. Як єдина екосистема взаємодіють у ній рослинні угруповання, тваринний світ, фізико-географічні умови, а також постійний потік енергії та обмін речовин.
Біогеоценоз відповідає географічному поняттю "фація". Наприклад: екосистеми беріз, долин, степів тощо.
Основні властивості, характерні для екосистеми, - це кругообіг речовин і стійкість біологічної продуктивності.
Геосистема (географічна система)- єдиний комплекс природних компонентів, що розвиваються у тісному взаємозв'язку у часі та просторі та взаємодоповнюють один одного як матеріальна система. Хоча геосистема та екосистема близькі між собою, геосистеми в порівнянні з екосистемами охоплюють виробничі, територіальні комплекси та сферу поширення виробничих місць.
Вища природна система географічної оболонки – це ландшафт (рис. 65, 66).
Рис. 65. Гірські луки
Рис. 66. Окжетпес. Гірський ландшафт
Ландшафт- території, однорідні за походженням та історії розвитку, що володіють єдиним географічним періодом формування, одноманітними ґрунтом, рельєфом, кліматом, гідротермічними умовами, біоценозом.
Між екосистемами та геосистемами (ландшафти) існують схожість та відмінності. В основі – поняття, що описують природні комплекси. Але екосистема немає твердих територіальних кордонів, вони умовні. Наприклад, ліси Чарина, Або, екосистема Жетисуського (Джунгарського) Алатау та ін.
У межах географічної оболонки виділяють ландшафтне середовище. Це шар землі, що охоплює рослинний та тваринний світ, нижні шари повітря, надземні та підземні води. Тільки в цьому шарі створено сприятливе середовище для всіх живих організмів. Якщо ландшафтне середовище в зоні тундри займає 5-10 м, то в тропічних зонах досягає 100-150 м. Основні причини цього пов'язані з розвитком рельєфу та товщиною органічного шару.
Отже, у чому основні відмінності геосистеми від екосистеми? Геосистема виконує поліцентральну функцію, а екосистема – біоцентральну, де основу складають живі організми.
Повне наукове визначення географічних ландшафтів дав та описав їх відомий російський вчений П. П. Семенов-Тян-Шанський.
За його систематикою розрізняють первинний, частково природний, культурний та відновлюючий ландшафти.
Якщо взяти сучасні ландшафти з прикладу Казахстану, можна зустріти природні, антропогенні і культурні ландшафти.
Природні ландшафти- Цілинні природні комплекси, де, можливо, не ступала нога людини. Такі ландшафти в Казахстані можна зустріти в районі високих гір, у степових пустельних та напівпустельних природних зонах.
Антропогенні ландшафти- це змінені землі, пов'язані з впливом людини на природні комплекси безпосередньо і опосередковано, наприклад поява пасовищ дома вирубаних лісів. Іноді такі антропогенні ландшафти можна відновити. Але неписьменне використання ландшафтів людиною перетворює їх на пустелі і такири. За науковими даними, найбільші екосистеми пустель планети Сахара, Гобі, Такламакан, Середньої Азії – результат безпосереднього чи опосередкованого впливу людини. Сюди можна віднести тисячі гектарів непридатних земель Центрального Казахстану, райони Арала, Південного Казахстану зі схильними до ерозії грунтами (рис. 67).
Рис. 67. Пріаральські землі, схильні до ерозії
Найбільша екосистема земної кулі-біосфери (сфера життя). Її еволюція розвитку та майбутнє пов'язані тільки із Землею. Заслуга створення цілісного вчення про біосферу належить академіку В. І. Вернадському (1863–1945).
Основи його вчення про біосферу, викладені 1926 р. у книзі "Біосфера", зберігають своє значення і в сучасній науці.
У книзі вчений досліджував розвиток, формування та майбутнє життя у біосфері, де основною рушійною силою життя є енергія Сонця. У цілому нині освіту, розвиток та обмін речовин у біосфері розглядаються з погляду виникнення органічних речовин.
Географічні оболонки. Екосистеми. Геосистеми. Ландшафт.
1. Географічна оболонка та біосфера – взаємодоповнюючі єдині екосистеми.
2. Існують природні закономірності розвитку географічної оболонки та біосфери.
3. Закони Б. Коммонера.
1. Що стосується географічних закономірностей?
2. У чому значення законів У. Коммонера?
3. Що таке природна рівновага?
1. Який загальний опис біосфери та її рушійної сили?
2. Що включає географічна оболонка?
3. Які види екосистеми ви знаєте?
1. У чому подібність та відмінність гео- та екосистем?
2. Назвіть типи ландшафту та його функції.
3. Чи є майбутнє у непридатних для використання земель?
Предметом фізичної географії є географічна оболонка, або ландшафтна сфера, оскільки вона є порожнистою кулею (точніше еліпсоїд обертання), а ландшафтна — тому, що вона складається з ландшафтів або з ландшафту, що розуміється як сукупність земної кори, водної оболонки (гідросфери), нижньої частини повітряної оболонки (тропосфери) та населяючих їх організмів. Географічна оболонка має великий ступінь єдності; вона одержує енергію як від Сонця, і із внутрішньоземних джерел — радіоактивних елементів, які у земної корі. Всі види речовини та енергії проникають один в одного та взаємодіють. Життя в її природних проявах (тому космонавти - не в рахунок) можлива на Землі тільки в межах географічної оболонки, тільки вона одна відрізняється зазначеними вище властивостями, а інші сфери Землі, що лежать як усередині її, так і зовні, їх не мають.
Географічна оболонка (ландшафтна сфера) — дуже тонка плівка, але її значення для людини незмірно велике. Він народився, удосконалювався, досяг почесного звання «царя природи» і ще порівняно донедавна ніколи не виходив з її меж. Тому природно, що ландшафтну сферу люди повинні знати особливо добре і присвячують їй особливу науку - фізичну географію. Вони повинні знати її всю цілком, в основних її проявах, у загальних закономірностях, різноманітності, всіх місцевих поєднань умов, всіх форм, які вона набуває, тобто всі типи ландшафту. Тому фізична географія і поділяється на дві частини - загальне землезнавство та ландшафтознавство.
Кордон між двома частинами фізичної географії не можна провести точно, є проміжні галузі науки, які можна віднести як до однієї, так і до іншої.
Загальне землезнавство і ландшафтознавство - це і є те ядро фізичної географії, яке залишилося після відокремлення від "її приватних або галузевих наук.
Д.Л. Арманд (1968) розумів здивування геологів про те, як геологію, що має більше значення для народного господарства, ніж всі разом узяті географічні науки, записати в географічні науки. Дійсно, практичне значення геології дуже значуще і вона може бути самостійною наукою, але за законами логіки та систематики вона все ж таки залишається наукою географічною, оскільки вивчає земну кору, а земна кора — одна з чотирьох геосфер, що входять у ландшафтну сферу (географічну оболонку) і є предметом фізичної географії. Купити човни надувні, каркасні та все необхідне обладнання для човнів, ви зможете на сайті moto-mir.ru. Також є можливість вибору техніки колишнього вживання.
Також зрозуміле і можливе подив з боку географів-стравознавців (або «фізичних країнознавців»). Їхньої науки взагалі немає в цій схемі. Описуючи «країни», т. е. держави, чи його адміністративні частини, вони змушені вкладатися у межі, чужі природі, штучні, постійно змінюються. Вони роблять корисну справу для навчального процесу, для довідкових видань, для туризму, де потрібні описи саме в державних кордонах. Але зробити наукові узагальнення стосовно будь-якої країни, що розділяє частини гори і рівнини, серед яких вона розташована, — це нелогічно, з загальності розвитку компонентів географічного середовища. Інакше справа в економічній географії. З погляду економіко-географа, державні кордони є реальними рубежами різних економічних систем. Тому економічне країнознавство є закономірною галуззю науки.
Вимагає ясності також і питання про зовнішні межі фізичної географії, власне — про її «спірні» межі з геофізикою та геохімією. По-перше, з просторової точки зору ці науки вивчають всю земну кулю, що тягнеться і в зовні і всередину незмірно далі тонкого шару, на який поширюється фізична географія. По-друге, у межах цього шару фізична географія розглядає як живу, і мертву природу, тоді як геофізика і геохімія переважно обмежуються останньої. По-третє, геофізика й у меншою мірою геохімія відповідно вивчають загальні фізичні та хімічні явища незалежно від місця та часу, в яких вони виявилися, а фізична географія цікавиться саме цим місцем та часом та особливим відбитком, який накладають на них конкретні поєднання місцевих умов. Звичайно, знаходяться геофізики та геохіміки, які, переходячи кордон, розробляють суто географічні проблеми, за що ми, географи, маємо бути їм лише вдячні. У принципі так само (крім першого пункту) вирішується і питання про межі географії та біології. Тільки, зрозуміло, біологія вирішує виключно питання живої та неживої природи спільно.
У ряді наук, що вивчають вкладені одна в одну матеріальні системи, фізична географія твердо знайшла своє місце. Цей ряд (поділяючи астрономію на три науки, з яких вона складається) має такий вигляд:
Не раз порушувалося питання про прийняття до складу географічних наук астрогеографію (або планетологію). Обидві ці назви за Д.Л. Арманду (1988) невдалі. Перше тому, що мова зовсім не про зірки, друга — тому, що планетологією розумно назвати науку, аналогічну геології, що вивчає надра, тверді тіла планет. А науку, аналогічну географії, слід назвати «планетографією», пам'ятаючи у своїй, що її завдання не зводяться лише до опису, але до всебічного вивчення ландшафтних сфер планет, як і завдання географій давно вже зводяться до опису Землі.
Планетографія розпадається на лунографію, марсографію і т. д., хоча чомусь їх називають селенологією, ареологією і т. д., застосовуючи грецькі назви до планет, які європейськими мовами носять назви, що походять від латинських коренів. Але як би вони не називалися, вивчення ландшафтних сфер планет — це така грандіозна задача, що вона, звичайно, заслуговує на виділення в окрему науку. Хоча, безперечно, саме географи будуть першими постачальниками кадрів лунографів, принаймні доти, доки у наших вишах не буде створено лунографічних факультетів.
Безсумнівно також, як і краєзнавство стосується всіх галузей географії, але й стосується і етнографії, історії, археології. Такий широкий фронт інтересів заважає йому піднятися рівня справжньої науки, зберігаючи його дуже важливе «звання» громадського руху, і дуже потрібне завдання популяризації знань. Участь у краєзнавчому русі, у його географічній частині — чудова прикладна сфера роботи географів.
Незважаючи на спільність показників, різниця між географічною оболонкою і ландшафтною сферою існує.
Географічна оболонка представляє порівняно потужну (20-35 км) зону взаємопроникнення та взаємодії літосфери, атмосфери та гідросфери, що характеризується проявами органічного життя. Вивченням географічної оболонки Землі, її структури та розвитку займається фізична географія. Ландшафтна сфера - це обмежена по вертикалі (від декількох до 200-300 м) зона прямого дотику та активної взаємодії літосфери, атмосферу та гідросфери, що збігається з біологічним фокусом географічної оболонки. На океанах ландшафтна сфера набуває двоярусної будівлі. Вивченням ландшафтної галузі Землі займається особлива наука - ландшафтознавство. Ландшафтознавство належить до приватних фізико-географічних наук, аналогічних геоморфології, кліматології та гідрології, і не є синонімом регіональної географії.
Географічна середовище - та частина ландшафтної оболонки Землі, всередині якої виникло і розвивається життя людського суспільства (Анучин, 1960).
Елементи взаємопроникнення та взаємодії атмосфери, гідросфери та літосфери, як і прояви органічного життя, властиві всій товщі географічної оболонки, проте безпосередній, прямий дотик їх, що супроводжується спалахом життєвих процесів, властивий лише одній ландшафтній сфері.
Ландшафтна сфера - це сукупність ландшафтних комплексів, що вистилають сушу та океани. На відміну від географічної оболонки, ландшафтна сфера має невелику потужність – не понад кілька сотень метрів. У ландшафтну сферу входять: сучасна кора вивітрювання, ґрунт, рослинність, тваринні організми та приземні шари повітря. В результаті прямого дотику та активної взаємодії атмосфери, літосфери та гідросфери тут утворюються специфічні природні комплекси – ландшафти.
Потужність ландшафтної сфери Землі оцінюється по-різному, але єдина думка, що вона зростає від полюсів до екватора. З одного погляду, У тундрі та арктичних пустелях її потужність в середньому не виходить за межі 5-10 м під вологими гілеями, де йде на глибину 50-60 м, а над поверхнею ґрунту на таку ж висоту і більше піднімається деревний полог, потужність ландшафтної сфери досягає 100-150 м. У цьому зростанні потужності від полюсів до екватора є відома аналогія між ландшафтною сферою та географічною оболонкою Землі.
З іншого погляду, верхньою межею ладшафтной сфери (як предмета фізичної географії), є тропопауза — поверхню зіткнення тропосфери зі стратосферою. У шарах, що лежать нижче тропопаузи, склад повітря постійний, температура загалом падає з висотою, тут дмуть змінні вітри, розташовуються хмари водяної пари і відбувається переважна більшість метеорологічних явищ. Усього цього немає вище, у стратосфері та іоносфері. Тропопауза лежить на висоті від
9 км (біля полюсів) до 17 км (у екватора) над рівнем океану.
Відповідно, за нижню межу ландшафтної сфери приймається внутрішній кордон земної кори, так звана межа (кордон) Мохоровичіча. Вище за нього відбуваються процеси перемішування земної товщі в ході гороутворення, циркулюють ювенільні (що походять з глибинних порід) води, утворюються місцеві осередки розплавів, що дають початок більшій частині вулканів, і осередки місцевих землетрусів. Розділ Мохоровичича — пластична зона, у ній речовина Землі перебуває у в'язкому стані і гасяться зовнішні обурення, крім поздовжніх хвиль землетрусів. Межа Мохоровичича знаходиться на глибинах від
3 км (під океанами) до 77 км (під гірськими системами).
Своєрідний двоярусний варіант ландшафтної сфери виникає у Світовому океані, де немає умов для прямого дотику та активної взаємодії одразу всіх чотирьох основних оболонок Землі: літосфери, атмосфери, гідросфери та біосфери. В океані спостерігається пряма взаємодія лише трьох геосфер і, причому, на відміну суші, - у двох роз'єднаних по вертикалі місцях: лежить на поверхні океану (атмосфери з гідросферою і біосферою) та її дні (гідросфери з літосферою і біосферою). Проте, елементи літосфери присутні і поверхні океану як розчинених і зважених частинок.
Через війну взаємодії гідросфери з атмосферою і біосферою верхні верстви води у Світовому океані насичені газами атмосфери і пронизані сонячним світлом, що створює поверхні океанів сприятливі умови у розвиток життя. Поглинання сонячного світла і особливо червоної частини його спектру, необхідної для фотосинтезу, відбувається в морській воді порівняно швидко, внаслідок чого навіть у морях, що відрізняються прозорою водою, рослинні організми зникають на глибинах 150-200 м, а глибше живуть мікроорганізми та тварини, для яких вищележачий шар фітопланктону є основним джерелом живлення. Саме ця нижня межа фотосинтезу і слід вважати нижньою межею поверхневого ярусу ландшафтної сфери в океанах.
Нижній, донний ярус ландшафтної сфери в океанах формується навіть у глибоководних западинах та жолобах. У життєвих процесах нижнього ярусу ландшафтної сфери океанів винятково велику роль відіграють бактерії, які мають величезну біохімічну енергію.
По околицях океанів, у межах материкової мілини та у верхній частині материкового схилу, верхній та нижній яруси ландшафтної сфери зливаються між собою, утворюючи одну ландшафтну сферу, насичену органічним життям.
Ландшафтна сфера є предметом вивчення особливої фізико-географічної науки - ландшафтознавства, яка стоїть в одному ряду з приватними фізико-географічними науками (гідрологією, кліматологією, геоморфологією, біогеографією). Усі вони об'єктом вивчення мають окремі компоненти - складові географічної оболонки: гідросферу, атмосферу, ландшафтну сферу, рельєф, органічний світ. Тому не можна погодитися з широко поширеною думкою про те, що ландшафтознавство є синонімом регіональної (приватної) фізичної географії.
Ступінь мінливості природних компонентів ландшафтів у часі різний. Найбільшою консервативністю відрізняється літогенна основа, особливо її геологічний фундамент, найбільші риси рельєфу — геотекстури, зобов'язані своїм походженням силам загальнопланетарного (космічного) масштабу, і морфоструктури, що виникли в результаті взаємодії ендогенних та екзогенних сил, за провідної ролі перших рухів земної кори. Морфоскульптурні риси рельєфу, зобов'язані своїм походженням екзогенним процесам, що взаємодіють з іншими рельєфоутворюючими факторами, схильні до значно швидших змін. Швидку мінливість у часі мають також клімат, ґрунт і особливо біоценози. Сучасний вигляд цих компонентів — результат подій переважно останньої геологічної епохи.
Особливості ландшафтної сфери
Ландшафтна Сфера має ще одну характерну рису - складну і рухливу структуру: і товщі земної кори, і води океану, і повітряні маси постійно змінюються в просторі і часі. До того ж в органічному світі (царство рослин та царство тварин) спостерігаються прояви найскладнішої матерії – живої. Речовина в межах ландшафтної сфери відрізняється крайньою різноманітністю, безліч хімічних сполук існує в цій тонкій плівці в критичних умовах температури і тиску. Вище та нижче ландшафтної сфери спостерігається інша картина: однорідні маси та умови простягаються тут на великих просторах, межі їх нечисленні та поступові.
Хоча в ландшафтній сфері тверді, рідкі та газоподібні тіла досить різко розділені, вони весь час проникають один в одного: пил і водяні пари насичують атмосферу, ґрунтові та ювенільні води та повітря пронизують земну кору, наноси, розчинені тверді речовини і те ж повітря містяться у воді всіх океанів. І у всі сфери проникає життя. Недарма А.А. Григор'єв назвав ландшафтну сферу "сферою взаємодії атмосфери, літосфери, гідросфери, біосфери, радіації та інших категорій енергії...".
Що стосується енергії, то основних її видів два: електромагнітна (промениста) енергія Сонця, що притікає на зовнішню межу Землі з інтенсивністю 2 кал/см 2 хв, та енергія радіоактивного випромінювання гірських порід, що становлять земну кору, потік якої через поверхню суші та океанів, спрямований нагору, досягає 0,0001 кал/см 2 хв. Як бачимо, другий потік винятково малий у порівнянні з першим, але прояви внутрішньої енергії Землі великі та порівняні з діяльністю сонячної енергії. Вся справа в умовах, в яких виділяється енергія. Внутрішньоземна енергія, що виділяється у вигляді тепла в товщі масивних гірських порід, справляє в них докорінні зміни. Вона розплавляє одні, змушує розширюватися інші, оскільки їх здавлюють лежачі вище шари, всі вони згинаються, утворюють складки, спучуються, іноді повільно, протягом мільйонів, іноді бурхливо, розряджаючи внутрішні напруження руйнівними землетрусами. При цьому вони створюють рельєф земної поверхні, материки та океани, гори та тектонічні западини. Вони майже завжди працюють проти сили тяжіння, здіймаючи на кілометри трильйони тонн гірських порід.
Променева енергія за своєю природою не здатна безпосередньо проникати в непрозорі середовища. Тому вона входить у тверду земну кору лише на глибину до
20 м, завдяки теплопровідності гірських порід, а глибше — разом із похованими горючими копалинами. На поверхні Землі вона нагріває маси води і повітря, які при цьому спливають у верхні шари, викликаючи, у свою чергу, течії, що приходять їм на зміну, в атмосфері та океані. Ці течії у вигляді вітру, морського прибою і захоплених з повітряними потоками і опадів, що знову низвергаються, постійно обточують, обробляють земну кору. Їхні зусилля завжди виражаються в денудації цієї останньої, тобто згладжуванні, споладжуванні гір, заповненні та замуленні улоговин і океанів. Працюючи завжди у напрямі сили тяжіння, вони прагнуть надати Землі одноманітну форму сфероїда обертання.
Але тектонічні рухи знову і знову порушують рівну поверхню, не даючи сонячній енергії довести до кінця її роботу. Причому внутрішні (ендогенні) сили піднімають земну кору великими масами, не порушуючи цілісності її денної поверхні (крім, щоправда, вулканів), а зовнішні (екзогенні) прагнуть нівелювати, постійно оновлюючи цю поверхню.
На Землі є й інші джерела енергії: енергія припливів - перетворена енергія обертання Землі в полі тяжіння Місяця і Сонця, яка, постійно витрачаючись, уповільнює це обертання, енергія опускання найважчих гірських порід до центру Землі, енергія екзотермічних (що виділяють тепло) яка діє разом з радіоактивним розпадом, і деякі інші, які не відіграють великої ролі.
Протягом XX століття уточнювалися наші уявлення про розподіл тепла поверхнею Землі. Працями В.В. Докучаєва, А.І. Воєйкова та Л.С. Берга як було приведено воєдино картина теплових поясів зонального будови Землі, а й було пояснено переважно походження кожної зони, що з розподілом поверхнею кулі сонячної енергії та загальної циркуляції атмосфери.
Наступне уточнення до теорії зональності вніс А.А. Григор'єв звернув увагу на чергування Землі вологих і сухих зон. Зони підвищеної вологості повторюються у кожній півкулі по три рази. Особливо багато опадів випадає близько 70 º і 30 º, а також поблизу екватора (рис. 2). А температура від полюса до екватора підвищується майже безперервно. Різні поєднання тепла і вологи зумовлюють різні умови розвитку рослинності, причому вона розвивається тим краще, тим багатшою і ряснішою, чим більша відповідність між теплом і вологою, а також чим більша загальна кількість енергії, що отримується місцевістю. М.І. Будико знайшов для цієї закономірності кількісний вираз. Він показав, що процвітання рослинності залежить від величини радіаційного індексу сухості R/Lr, де R – сонячна радіація, r – опади, L – коефіцієнт прихованої теплоти випаровування. Від полюсів до екватора це відношення спочатку зростає (у зв'язку зі зростанням сонячної радіації R ), потім падає (там, де починається зона підвищених опадів і збільшується r ), потім знову зростає до рівня вищого, ніж у попередньому випадку, знову падає д. При цьому там, де відношення менше одиниці, тобто тепла надходить менше, ніж може випаруватися (R
А як же справа зі Світовим океаном? Чи є там широтна зональність? Теплові пояси, безумовно, є, але дрібніший поділ навряд чи можна означити, зате чітко виражена вертикальна ярусність. Життя тягнеться на набагато більшу глибину, ніж на суші, причому одні її форми розташовуються над іншими. Почасти подібне становище існує в горах, але там висотні ландшафти розміщуються як би на різних щаблях сходів і їх все ж таки можна зобразити на карті, тоді як морські ландшафти піддаються зображенню тільки на профілі.
Географ І.М. Забєлін радить завжди пам'ятати, що ландшафтна сфера (за його термінологією - біогеносфера) тривимірна, оскільки має глибину. Він ділить її на об'ємні, а не майданні одиниці; особливо багато І.М. Забєлін знаходить їх, у морі.
На жаль, об'ємним районуванням океану географи займаються ще мало, хоча майбутнє океану, як головного годувальника людства, що підлягає дбайливому збереженню, заслуговує на більш пильну увагу. Поки інтереси географів ставляться переважно до суші, що вони ділять, т. е. районують у першому наближенні, як двомірну площу.
Районування суші одне з важливих завдань фізичної географії в галузі вивчення ландшафту. Простим розподілом Землі на природні зони не можна обмежитися, оскільки всі чинники у природі зональні. Наприклад, загальні риси рельєфу або склад гірських порід можуть бути однаковими на крайній півночі та під екватором. Коли природна зона проходить через гірський хребет, усі її властивості змінюються. Якщо гори високі, вона навіть може змінитися іншою природною зоною, яка на рівнині проходить у більш високих широтах. Коли природна зона перетинає піщані простори, змінюються її ґрунти, вони стають супіщаними, змінюється рослинність, наприклад, ялиновим лісам приходять на зміну соснові, з'являється легка горбкість - результат утворення дюн, весь вигляд місцевості стає суші, завдяки тому, що дощові води не застоюються на піску. Словом, ми вступаємо в піщаний варіант тієї самої природної зони. І тут кажуть, що у зональні чинники наклалися азональні. Дія останніх також має бути вивчена, а для цього необхідно їх спершу нанести на карту. При районуванні необхідно дотримуватися певного порядку, що визначається підпорядкуванням компонентів (складових) ландшафту. Зміна одних компонентів надзвичайно сильно відгукується інших, навпаки, зворотне дію буває лише слабким і непрямим. Тому не всі компоненти мають у природі рівне значення, вони поділяються на визначальні (провідні) та зумовлені (відомі).
У такий приблизно ряд можна укласти складові ландшафту. Кожен вищерозташований елемент цієї схеми є визначальним по відношенню до нижчележачого. Земна кора та атмосфера мають рівні права, тому що кожен з них має незалежне джерело енергії та формується відносно самостійно. Ґрунт вміщений у самому низу під тваринним світом, тому що приблизно 9/10 останнього становлять нижчі організми, що живуть у ґрунті та створюють її в ході свого обміну речовин.
При фізико-географічному районуванні завжди виділяються ділянки в чомусь схожі, споріднені з природними умовами. Для будь-якого господарського починання необхідно знати, яку територію можна поширити той чи інший захід і де лежать його природні кордону. Фізико-географічне районування необхідно, наприклад, для розміщення сільськогосподарських культур і порід худоби територією країни, для відведення земель під меліорацію, для відбору лісів, що підлягають рубці, для боротьби з ерозією, для будівництва курортів, для вибору районів нового заселення, для наукових цілей та багато іншого. До кожного заходу доводиться звертати увагу до свої, особливі риси природи. Було б безглуздо вибирати кліматичні умови для хворих на туберкульоз за тими самими ознаками, як і для вирощування кавунів. Тому районування кожної окремої мети буде у кожному разі своє.
Деякі географи думають, що районування закладено у самій природі, що потрібно лише уважно подивитися, щоб помітити кордони. Це — помилка, яка ґрунтується на природному прагненні людей схематизувати, спрощувати природу. Багато змін у природі, наприклад, кліматичні зміни, відбуваються не різко, а досить поступово. Тому так само поступово змінюються і всі зональні ознаки: ґрунти, рослинність, що залежать від клімату. Рельєф азональний і накладається на ту зональність непередбачуваним (вибагливим) чином. Багато меж його теж поступові: наприклад, області відступу льодовика чи моря. А ті межі, які здаються різкими, виявляються такими лише в дрібному масштабі. При укрупненні карти вони розпливаються; наприклад, береги — межі морів — лише тих картах зображуються лінією, у яких можна знехтувати зоною прилива-отлива. За таких умов не можна з упевненістю сказати, де закінчується один тип ландшафту і де починаєте інший, чи треба виділити на місцевості 5 типів або 7. Щоб уникнути невизначеності, вдаються до кількісних ознак. Умовляються, наприклад, виділити в особливий тип місцевості безлісні низовини, вкриті чорноземним ґрунтом. Безлісними вважати території, на яких ліс займає не більше 3% площі, низовинами — рівнини не вищі
200 м над рівнем моря, а чорноземами - ґрунти, що містять не менше 4% гумусу. Ось тоді виділена територія набуває визначеності і може бути встановлена з точністю, яка залежить тільки від ступеня її вивченості. Зрозуміло, це досягається завдяки запровадженим нами умовностям. Якби ми домовилися вважати за нижню межу огрядності чорнозему не 4, а, скажімо, 5%, то й кордон, проведений по ґрунтах, і вся карта районування вийшла б дещо іншою. Зазвичай як граничні цифри вибирають ті, які мають господарське чи інше значення, а якщо такі невідомі, то просто круглі цифри.
Як правило, межі для взятих нами ознак не збігаються один з одним і районувати доводиться по сходах - скажімо, спершу відокремити низовини від пагорбів (1-й ступінь), потім у межах низовин виділити безлісні ділянки, відокремивши їх від лісів (2-й ступінь) ), потім підрозділити по ґрунтах на чорноземи, каштанові ґрунти, солонці і т. д. (3-й ступінь). Проробивши ці операції, ми ніби поступово вростаємо у ландшафт. Якщо об'єктом районування є вся Земна куля, то йдемо приблизно від визначальних компонентів до визначальних. Спочатку виділяємо пояси, які мають єдність тільки в термічному відношенні, потім у їх межах — країни, які мають єдність і в термічному і в тектонічному відношенні, потім відрізки зон у межах країн — це єдність тепла, вологи та тектоніки, потім провінції за геоморфологічними ознаками; тут до компонентів, які стали єдиними, приєднується рельєф, далі-рослинність, грунти в т. д., поки не отримуємо цілком комплексні, ландшафтні одиниці.
Таким чином, природа існує об'єктивно, а розподіл її завжди узагальнення, вироблене людиною, результат діяльності його розуму. Це, звісно, виключає те, що природа місцями підказує географу, які типи ландшафту має сенс виділяти. Коли якась місцевість, відносно однорідна, тягнеться на велику відстань, то ясно, що вона заслуговує на виділення в якості особливого типу, що має значення для більшості цілей, які можуть бути поставлені. Ми тоді можемо впевнено нанести на карту вогнище чи ядро даного типу, а потім уже можемо домовитися щодо ознаки, за якою проводимо кордон між цим та сусідніми типами.
Однак не всі географи надходять, як описано вище. Іноді кордони проводять одразу, «за комплексом ознак». Але комплекс — це невизначене поняття, районування виходить непослідовним і довільним, що залежить від наявності в автора інтуїції та окоміру.
Інше непорозуміння пов'язане з так званими «основними» та «найменшими» таксономічними одиницями. Існує уявлення, що ландшафт Землі подібний до підлоги, викладеної плитками. Вони можуть бути великі і маленькі, але завжди одного рангу і лягають точно впритул. Кордони більших районів, які об'єднують кілька сусідніх «плиток» і дрібніші, куди вони розбиваються, менш важливі і настільки помітні. У цьому посилаються аналогію: все організми побудовані з клітин, а хімічні речовини — з молекул. Існує, крім того, межа поділу, нижче за який географи не опускаються. Вони приймають деякі одиниці за далі неподільні і заплющують очі на існуючі в них внутрішні відмінності. Ці уявлення — знову ж таки спрощення. Порівняння не є доказом, клітини тут не підходять. Ландшафтна сфера складається із земної кори, світового океану, атмосфери, що не мають клітинної будови. А якщо вони не мають його нарізно, то тим більше не матимуть разом, переплітаючись у складні поєднання, що утворюють ландшафт. Їх переплетення мають різний розмір, ступінь складності та виразності та ступінь чіткості кордонів. Тому на Землі не можна виділяти якийсь «основний» ступінь районування, на карті однаково важливі і великі і найдрібніші об'єкти, всі вони заслуговують на вивчення і всі разом утворюють строкатий килим, який ми називаємо обличчям Землі.
Що стосується найменших одиниць, то частини найменшої з них завжди відрізняються один від одного за якоюсь ознакою. На болоті можуть бути виділені купини, вікна водної поверхні, ділянки зі своєрідною рослинністю, а на схилі балки кожен горизонт відрізняється від наступного ступенем зволоження, кількістю матеріалу, що змивається або намивається. Відомий лісознавець та ботанік В.М. Сукачов спочатку вважав найдрібнішою однорідною та неподільною одиницею біогеоценоз, а коли вивчив його докладніше, довелося запровадити нову одиницю — «парцеллу», і таких одиниць виявилося в біогеоценозі з десяток або більше. Звичайно, мають рацію ті вчені, які кажуть, що десь треба зупинитися. Але де саме — це знову ж таки визначається не самою природою, а лише рівнем розвитку науки та запитами практики, вимоги якої до детальності вивчення природи дедалі зростають.
Поняття географічна оболонка, ландшафтний простір, ландшафтна оболонка, природний територіальний комплекс, біосфера, ноосфера, вітасфера
Однією з найважливіших властивостей нашої планети як космічного тіла є ясно виражена її оболонкова будова. Починаючи від центру Землі до периферії (ближнього та далекого Космосу) послідовно змінюють один одного внутрішнє та зовнішнє ядра, нижня та верхня мантії, земна кора з базальтовим, гранітним та осадовим шарами, гідросфера з абісальною, батіальною та літоральною зонами, педосферою) і біостромом (зоною концентрації, рослин і тварин біля поверхні Землі), ландшафтна сфера, що включає кору вивітрювання, грунту, біостром і приземні шари повітря, географічна оболонка, що простягається від астеносфери до озонового екрану, і, нарешті, атмосфера з тропосферою , стратосферою, мезосферою, термосферою та екзосферою.
Все різноманіття сфер, що утворюють планету Земля, склалося в ході тривалої еволюції і розбивається на дві великі групи (табл. 1).
Таблиця. 1
Елементи структурної та функціональної груп, що утворюють планету Земля.
Друга група виникла під час взаємодії перших, тому вона називається функціональною. Характерною рисою цієї групи є те, що всі її елементи утворюються в контактних зонах і свою внутрішню структуру формують за рахунок природних тіл інших сфер, що розташовуються поблизу тієї чи іншої контактної зони.
Географічна оболонка Землі - складний природний комплекс, що виникає в зоні взаємопроникнення та взаємодії літосфери, атмосфери та гідросфери. Географічна оболонка формується під впливом сонячної енергії та характеризується розвитком органічного життя. До неї входить нижня частина атмосфери (тропосфера) (10 км), вся гідросфера, верхній шар літосфери (на материках – 4 – 5 км, на океанах 11 – 12 км), відповідний оболонці осадових порід та біосфера. Загальна потужність географічної оболонки - 20 - 35 км.
Критерієм відокремлення ландшафтного простору є спостерігається у ньому і властива лише йому інтеграція всіх станів речовини, притаманних земної поверхні: абіогенного – твердого, рідкого, газоподібного і живого. Ландшафтний простір займає ту контактну позицію в географічній оболонці, в якій найбільш тісно стуляються, пронизують один одного, здійснюють взаємний обмін речовиною та енергією літосфера, атмосфера, гідросфера та біосфера. Якщо перші три складові переважно виходять далеко за межі контактного ландшафтного простору, то біосфера, основною своєю масою сконцентрована саме в ньому. Ландшафтний простір наділяє всю нашу планету. Будучи тривимірним (об'ємним) освітою, воно водночас має «плівковий», прикордонний характер, тобто розпластано земною поверхнею.
Вперше як самостійне природне тіло ландшафтна оболонка (сфера) була виділена Воронезьким географом Федором Миколайовичем Мільковим у 1959 році. Ландшафтна оболонка є тонким шаром прямого зіткнення і енергійної взаємодії верхніх шарів земної кори, нижніх шарів тропосфери і водної оболонки Землі. Вся вона (від своєї верхньої межі до нижньої) пронизана життям і може бути визначена як біологічний фокус географічної оболонки.
Ландшафтна оболонка - місце трансформації сонячної енергії на різні види земної енергії, середовище, найбільш сприятливе у розвиток життя. Ландшафтна оболонка - це сукупність ландшафтних комплексів, що вистилають сушу, океани та льодовикові покриви.
У ландшафтну оболонку входять:
Сучасна кора вивітрювання;
Приземні шари повітря;
Рослинність;
Тварини.
За безпосередньою участю або під контролем живих організмів тут відбувається безліч процесів енергомасообміну, результатом яких стають специфічні ландшафтні тіла, які не можуть виникнути і існувати в будь-яких інших умовах.
Ландшафтна оболонка є відносно малою за обсягом частиною географічної оболонки, але вона найскладніше організована, гетерогенна, енергетично найактивніша та найважливіша в екологічному відношенні. В узагальненому вигляді її визначення може бути наступним: ландшафтна оболонка - тонкий приземний шар географічної оболонки, що представляє зону контакту і активного енерго-масообміну літосфери, атмосфери, гідросфери і біосфери, що живиться променистою енергією Сонця і енергією внутрішнього походження, зародження, розвитку та сучасного існування людства та земної цивілізації.
Ландшафтна оболонка – одна з найдавніших функціональних оболонок. Вона виникла на початку геологічного етапу розвитку Землі та була представлена абіогенною корою вивітрювання, що контактує з досить тонким шаром приземної атмосфери. У результаті своєї еволюції, і з появою Землі живого речовини, ландшафтна сфера придбала складну внутрішню структуру, перейшовши у розряд біокосних систем, тобто. систем, у будові яких рівнозначну роль грають як органічна, і неорганічна матерії.
Можна виділити дві основні функції ландшафтної оболонки.
1. У її межах відбувається перетворення сонячної енергії на інші види, і навіть розсіювання цієї енергії у межах ландшафтної оболонки, а й усієї географічної оболонки загалом.
2. У межах ландшафтної оболонки створюються найбільш сприятливі умови для виникнення та існування життя.
Які вертикальні межі ландшафтної оболонки? Верхня межа ландшафтної оболонки збігається із верхньою межею приземних шарів повітря. Ці шари середньою потужністю 30-50 м знаходяться під безпосереднім впливом підстилаючої поверхні Землі. Для їхньої товщі характерні добові коливання температури та вологості повітря, добре розвинена термічна конвекція, крім того, тут спостерігаються підвищена запиленість повітря та наявність спор та пилку рослин. Потужність шару визначається характером поверхні, що підстилає. У високих широтах, де ця поверхня є досить однорідною (сніг, лід), верхня межа розташовується на висоті перших десятків метрів. У низьких широтах поверхня, що підстилає, представлена вологими тропічними лісами, де тільки висота деревного ярусу досягає 70-80 м, і тому межа розташовується вже на висоті перших сотень метрів.
Нижня межа збігається з нижньою межею кори вивітрювання, яка є продуктами прямого впливу повітря, води, рослинності та тварин на гірські породи. Кора вивітрювання поширена повсюдно і варіює від кількох метрів у високих широтах до кількох десятків метрів, інколи ж сотень, у тропіках.
Таким чином, середня потужність ландшафтної оболонки дорівнює декільком десяткам метрів, причому при русі від екватора до полюсів її потужність зменшується.
Ландшафтна оболонка в ході своєї тривалої еволюції породила людство, протягом тисячоліть була колискою його цивілізації і нині є сферою проживання людини та об'єктом її праці. Згодом ландшафтна оболонка стала антропогенною, техногенною та інтелектуальною та духовною.
Цілісність ландшафтної оболонки забезпечується її внутрішнім структурою, тобто. сукупністю її частин, характером їх взаємозв'язків та взаємодії. Розрізняють три основні структурні рівні її організації:
1. Речовий (геокомпонентний);
2. Вертикальний (радіальний);
3. Латеральний (комплексний).
Речовому рівню належить важлива роль у відокремленні окремих частин (геокомпонентів) ландшафтної сфери. Геокомпоненти - це сукупність однорідних речовин за своїм хімічним, фізичним, біологічним складом. Розрізняють такі компоненти:
Гірські породи (мінерали);
Рослини;
Тварини.
За кожним із компонентів стоїть певний тип речовини. Крім того, до компонентів відносять рельєф та клімат (мікроклімат), які не мають під собою будь-якого речовинного змісту.
Геокомпоненти у ландшафтній оболонці формують чотири контрастні середовища: земну кору (гірські породи та мінерали), повітряну тропосферу (повітря) та гідросферу – у твердому (лід) та рідкому (вода) станах. У формуванні внутрішньої структури ландшафтної оболонки беруть участь в повному обсязі середовища одночасно, лише окремі їх комбінації, роз'єднані територіально.
На Землі спостерігається п'ять комбінацій прямого дотику контрастних середовищ. Комбінації відрізняються один від одного інтенсивністю та формами взаємного обміну речовиною та енергією, і, отже, у кожній з них формується особлива ландшафтна обстановка, що принципово відрізняється від інших. Внаслідок цього всередині ландшафтної оболонки формуються її особливі варіанти (табл. 2).
Таблиця 2
Комбінацій прямого дотику контрастних середовищ ландшафтної сфери
Наземний варіант формується в умовах суші, де здійснюється контакт літогенної та повітряної середовищ. Це найбільш вивчений нині варіант ландшафтної сфери.
Водний, або водно-поверхневий варіант охоплює поверхневу частину вод Світового океану і має максимальну площу серед усіх інших варіантів. Включає крім приземних шарів повітря, також верхню товщу вод океану до глибини 200 м, оскільки саме в цих межах можливий процес фотосинтезу.
Цей варіант дуже своєрідний. Тут атмосфера заміщена водою, а ґрунти – мулами. Цілком відсутнє світло. Виникає він на дні Світового океану, охоплюючи його батіальну та абісальну зони.
Земноводний варіант за сукупністю компонентів, що його утворюють, найбільш складний. Він охоплює всі поверхневі води (річки, озера та ін), морські мілководдя (до глибини 200 м), а також власне літоральну зону, що є ядром цього варіанту.
Льодовий варіант включає льодовики суші і багаторічні морські льоди. І ті, й інші - похідні кліматичних умов. Їхня основна область поширення - високі широти обох півкуль і високогір'я Землі.
p align="justify"> Вертикальна структура ландшафтної оболонки виражається через набір її ярусів, що змінюють один одного знизу вгору (від центру Землі до її периферії). При русі в цьому напрямку в межах ландшафтної сфери добре відокремлюються, але при цьому активно взаємодіють наступні горизонти, або яруси:
1) літогенний, що збігається в основному з корою вивітрювання;
2) ґрунтовий;
3) біогенний, утворений рослинами та тваринами;
4) повітряний, з органічними включеннями: спорами, пилком, комахами, птахами тощо.
Ця вертикальна структура характерна лише наземному варіанту ландшафтної сфери. В інших випадках вона має інший, різко відмінний від представленого, характер.
3. Горизонтальна структура ландшафтної оболонки пов'язана з нерівномірним розподілом сонячної радіації по поверхні Землі, а також складним речовим та гіпсометричним пристроєм її поверхні. Подібний характер горизонтальної структури виявляється у формуванні різноманітних ландшафтів.
Крім поняття «ландшафтна оболонка», у ландшафтознавстві закріпилося поняття «природний територіальний комплекс» (ПТК). Він визначається як просторово-часова система географічних компонентів, взаємозумовлених у своєму розміщенні та розвиваються як єдине ціле. ПТК характеризується сполученістю з деякою територією в рамках просторових порогових критеріїв і позначає клас природних географічних систем локальної та регіональної розмірності (рис. 2).
ПТК - ландшафтне поняття, що однозначно інтерпретується практично у всіх працях ландшафтознавців як сукупність взаємопов'язаних природних компонентів (літогенної основи, повітряних мас, природних вод, ґрунтів, рослинності та тваринного світу) у формі територіальних утворень різного ієрархічного рангу.
Ландшафтні ПТК – це саморегулюючі та самовідновлювані системи взаємопов'язаних компонентів та комплексів, що функціонують під впливом одного або декількох компонентів, що виступають у ролі провідного фактора.
Малюнок 2. Геосистема (I) та природний територіальний комплекс (ландшафт) (II) гірничого масиву
Термін «біосфера» вперше вжито Е. Зюссом в його класичній праці «Обличчя Землі» (1875), а після нього й інших дослідників, але ні досить суворого формулювання цього поняття, ні точного визначення меж біосфери, ні дослідження значення біосфери в загальній енергетиці та геохімічної роботи Землі цими авторами зроблено не було. Лише Ст.
За Вернадським, біосфера - це оболонка землі, склад якої в основних рисах зумовлений діяльністю живих істот: вся тропосфера, гідросфера, літосфера: потужністю до 30 - 40 км, населена живими організмами, а також область "колишніх біосфер", окреслена розподілом на Землі біогенних осадових порід. ; у якій сукупна діяльність живих організмів проявляється як геохімічний чинник планетарного масштабу. Це область системної взаємодії живої та відсталої речовини на планеті.
Біосфера не є лише так звана сфера життя. Речовина її складається із семи глибоко різноманітних частин:
1) жива речовина;
2) біогенне;
3) відстале;
4) біокосне;
5) радіоактивне;
6) розсіяні атоми;
7) речовина космічного походження.
Отже, біосфера поняття планетарне, широке, набагато перевершує за обсягом поле дослідження лісівника, біолога і ґрунтознавця, яке обмежується «областю життя». Тому для позначення «галузі життя» чи біогеоценотичної оболонки застосовується термін вітасфера. Частка «віта» підкреслює той факт, що цей шар населений організмами, що нині живуть. Таким чином, вітасфера (епігенема, фітогеосфера, біогеоценотична оболонка) - шар біосфери, або область життя, що включає організми, що нині живуть і залучаються ними в біологічний кругообіг частини атмосфери, гідросфери, літосфери; потужність суші до сотні метрів.
Ноосфера (ноос - розум) - це сфера землі, охоплена діяльністю людини. Нині, у зв'язку з космічними польотами межі ноосфери вийшли межі біосфери Землі .
Біосфера (від грец. «Біос» - життя, «сфера» - куля) - це область існування та поширення живої речовини. Академік У. І. Вернадський сформулював поняття біосфери так: «Біосфера є організована, певна оболонка земної кори, пов'язана із життям, та її межі обумовлені передусім полем існування життя». Він вважає, що біосфера геологічно вічна. Отже, біосфера – це найбільша екологічна система, система найвищого рангу. У сучасному стані вона охоплює нижню частину до висоти озонового шару, всю педосферу, педосферу і верхню частину літосфери до глибини поширення живих мікроорганізмів. Якщо верхня межа біосфери досить чітка, то нижня розпливчаста і змінюється не тільки від континентів, але і в межах самих континентів. У межах і під дном океанів вона обмежується температурами існування мікроорганізмів.
Біосфера Землі функціонує завдяки взаємодії з атмосферою, гідросферою та літосферою, отримуючи від них біофільтруючи речовини та хімічні сполуки, необхідні для життєдіяльності.
Наявність біосфери відрізняє Землю з інших планет. Киснева атмосфера, глобальний кругообіг, глобальні круговороти фосфору, вуглецю, азоту та їх сполук, необхідні для функціонування біосфери, існують тільки на Землі. Біота грає визначальну роль у всіх біогеохімічних процесах і циклах, що глобально протікають. Завдяки біоті забезпечується гомеостаз системи, тобто. здатність підтримувати її основні параметри у сприятливих для життєдіяльності умовах, незважаючи на зовнішні дії як природного, так і антропогенного характеру.
Основний процес утворення органічної речовини – фотосинтез. Головною метою цього процесу є створення живої речовини з неживої, що забезпечує стійке утворення найважливішого із природних ресурсів – первинної біологічної продукції.
Долю сучасної біосфери багато в чому визначив процес цефалізації. Він полягає у відокремленні голови у білатерально-симетричних тварин та зосередженні у ній органів чуття, передніх відділів центральної нервової системи, які в інших тварин знаходяться в інших частинах тіла. Для захисту цих життєво важливих органів у хребет розвинувся череп.
Біосфера виникла на ранній стадії розвитку Землі і протягом тривалої геологічної історії повільно еволюціонувала. На перших етапах (4,0-3,5 млрд. років тому) біосфера Землі складалася в основному з прокаріотних істот, серед яких головними були синьо-зелені водорості, бактерії та віруси. Їхнє існування забезпечувала відновна безкиснева атмосфера. З виникненням евкаріот суттєво змінюються функції та умови взаємодії біосфери з іншими геосферами. Протягом тривалого часу (3,5-0,65 млрд. років) спільно існували прокаріотні та евкаріотні істоти, які в основному були одноклітинними формами. Найважливішою віхою у розвитку біосфери була поява вільного кисню в атмосфері та гідросфері та поступове виникнення озонового екрану. З цього часу чільна роль переходить до багатоклітинних форм. З'являються та розселяються організми з твердим вапняним, хітиновим та крем'янистим скелетом, розвиваються різноманітні водорості та гриби.
Важливим кордоном у розвиток біосфери був ордовицький період, протягом якого рослинність поступово перемістилася на сушу, а серед водних організмів з'явилися хребетні тварини з відокремленим черепом. Близько 350 - 400 млн років тому, в девонском періоді, тварини вийшли на сушу. Протягом наступних геологічних періодів хребетні освоїли для проживання всі існуючі екологічні ніші. У тріасовому періоді з'явилися перші ссавці, які зайняли чільне становище у палеогеновому періоді, після масового вимирання динозаврової фауни 65 млн років тому. У цей час почалося виділення приматів. Близько 35-40 млн років тому виникли антропоїди. Серед них близько 5 млн років тому з'явилися гоміноїди, а всього 3,5 млн років тому виникла людина.
Біологічна різноманітність та біоіндикація
Загальна кількість організмів, що населяють Землю, дуже велика. Вважається, що Землі існують одночасно від 5 до 80 млн. видів організмів. Значну частину з них складають комахи, бактерії та віруси. Більш менш чітка таксономічна приналежність встановлена всього для 1,5 млн. видів. З цього числа близько 750 000 складають комахи, 41 000 – хребетні та близько 25 000 – рослини. Інші види представлені складним набором безхребетних, грибів, водоростей та мікроорганізмів.
Різні ландшафтно-кліматичні області відрізняються одна від одної не лише якісним складом, а й числом видів. Біологічна різноманітність змінюється від полюса до екватора. Число прісноводних у тропічних екосистемах майже в 5 разів вище, ніж у помірному кліматі. У вологих тропічних лісах, наприклад, в Амазонії, на одному гектарі зустрічається до 100 видів дерев, тоді як в аридних областях тропіків їхня кількість не перевищує 30.
У морському середовищі спостерігається така сама закономірність. Так, кількість видів асцидій в Арктиці ледве перевищує 100, а в тропіках досягає 600. Біорізноманіття - основа життя на Землі і є найважливішим життєвим ресурсом. Люди використовують у їжу близько 7 000 видів рослин, але близько 90% світового продовольства створюється за рахунок всього 20 видів, з яких пшениця, жито, кукурудза та рис покривають близько половини всіх потреб. Біологічні ресурси - важливе джерело сировини для промисловості, зокрема й у медичної.
В останні десятиліття людство усвідомило важливість та корисність диких рослин та тварин. Багато з них не тільки сприяють розвитку сільського господарства, використовуються в медицині та промисловості, але й корисні для довкілля, становлячи основу природних екосистем. Біорізноманіття вважається головним фактором, що визначає стійкість біогеохімічних циклів речовини та енергії у біосфері. Велика роль організмів, які безпосередньо використовуються людиною в їжу, а також тварин фільтраторів і детритофагів, які роблять істотний внесок у кругообіг біогенних. І отже, серед величезної різноманітності організмів існують групи, які приносять користь непрямим шляхом. Багато організмів на зорі розвитку Землі зробили величезний внесок у становлення та розвиток атмосфери та клімату Землі, наприклад синьо-зелені водорості. Діяльність цілого ряду тварин і рослин є потужним стабілізуючим фактором щодо клімату.
Отже, під біорізноманіттям розуміють усі види організмів, які є складовою екологічних систем та екологічних процесів.
Біорізноманіття може розглядатися на трьох рівнях: генетичному, видовому та екосистемному. Генетичне розмаїття є особливий вид генетичної , що міститься в генах організмів, що мешкають на Землі. Видове розмаїття - це різноманітність видів, що населяють Землю. Різноманітність екосистем стосується різних довкілля, біотичних співтовариств та екологічних процесів у біосфері.
Цілий ряд органічних угруповань, груп видів та окремі види певним чином реагують на різні антропогенні навантаження. Ступінь реагування живих екосистем на антропогенне навантаження зветься біоіндикації. Функції індикатора виконують той вид, особину або групи особин, які мають вузьку амплітуду екологічної толерантності щодо будь-якого фактора.
Індикація екологічних умов проводиться на основі оцінки стану видового розмаїття, що відображає їхню здатність накопичувати хімічні елементи та сполуки, що надходять із навколишнього середовища. Причому при зростаючій забрудненості місць проживання одні види рослин і тварин можуть зникати з біоценозу (травневий жук, лишайники у промислово розвинених областях) або, навпаки, збільшувати свою чисельність (синьо-зелені водорості).
Біоіндикація - складова екологічного моніторингу (від латів. «монітор» - що нагадує, наглядає), який є системою спостереження та контролю за станом навколишнього середовища на певній території. Це здійснюється з метою раціонального використання природних ресурсів та охорони природи.
Екологічний моніторинг ґрунтується на визначенні вмісту забруднюючих речовин у повітряному, водному чи ґрунтовому середовищі. Складова частина екологічного моніторингу - біологічний, тест-об'єктами якого є живі організми та їх співтовариства.
Зростання забруднюючих речовин у повітряному, водному та геологічних середовищах може бути як природним фактором, так і обумовленим антропогенною діяльністю.
У повітряному та водному середовищах забруднюючі речовини викликають закупорку та роз'їдання газами тканин та органів дихання тварин і рослин. Несприятливі фактори середовища призводять до порушення формоутворювальних процесів, пригнічення росту, цвітіння та плодоношення у рослин. Але ступінь сприйнятливості рослин та тварин до забруднення довкілля залежить від видової приналежності.
Вважається, що біоіндикація більш точно відображає екологічну ситуацію, ніж безпосередні інструментальні спостереження та виміри.
Рослини часто використовують як тест-індикатори забруднення навколишнього середовища, особливо при викидах речовин, що містять сірку і важкі, які починають накопичуватися в асиміляційних органах. Залежно від технологічних процесів на промислових підприємствах, від яких залежить хімічний склад аерозольних та газових викидів у повітряний басейн, використовують різні види рослин та застосовують різноманітні методи досліджень – від експериментів у спеціальних камерах із заданим складом повітря до тонких фізико-хімічних методів аналізу. Важливим є визначення хімічного складу кори хвойних дерев, яка поглинає домішки і пил, що у атмосферному повітрі.
Найбільше чутливі до атмосферного забруднення нижчі рослини, зокрема лишайники. Їх використання в екологічному моніторингу зветься ліхеноіндикації. Чутливість нижчих рослин до антропогенних викидів відома з середини XIX ст., але їх стали використовувати як біоіндикатори тільки з другої половини XX ст. Дослідження, проведені в Канаді, Великій Британії та Скандинавських країнах, показали прямий зв'язок стану лишайників та ступінь концентрації в них забруднюючих речовин, зокрема важких металів та діоксидів сірки з рівнем забрудненості повітряного середовища. Серед лишайників зустрічаються види з різною чутливістю до атмосферного забруднення, але більшість видів відрізняється високим рівнем чутливості, що у сотні разів перевищує чутливість тварин і людей.
Виходячи з рівня забруднення повітряного середовища, встановленого з різних видів лишайників, складають спеціальні карти, на яких показують різний ступінь забрудненості повітря. Нерідко на таких картах, побудованих для територій із високим рівнем розвитку промисловості, відображають території, повністю позбавлені лишайникової рослинності: деякі райони Кольського півострова, Норильська тощо.
Біоіндикаційні дослідження в системі екологічного моніторингу дозволяють простежити просторовий розподіл багатьох шкідливих для здоров'я населення та природного середовища речовин на тлі загального забруднення території загалом. Отримані значення концентрації тих чи інших речовин у конкретних екосистемах можуть бути використані у моделюванні та прогнозуванні забруднення та в оцінці його екологічних наслідків при глобальному, регіональному та локальному рівнях надходження шкідливих речовин до навколишнього середовища.
Індикаторами забруднення водного середовища можуть служити водорості і макрофіти, так і окремі тварини, зокрема рачки, раки, креветки, краби. Евтрофікація води в результаті інтенсивного розмноження синьо-зелених і зелених водоростей є наслідком надходження у водоймища великого обсягу біогенних речовин і служить характерним попередженням забруднення водоймища, що почалося.
Водночас водні та наземні рослини мають унікальну фільтруючу здатність. Вони поглинають із повітря та нейтралізують у тканинах значну кількість шкідливих компонентів, що надходять у повітряний басейн від теплоенергетичних об'єктів, промислових підприємств, транспорту та сільського господарства. У водному середовищі рослини виконують середотворчі функції. Серед них важливими є фільтраційна функція, за допомогою якої затримуються та осаджуються різні механічні домішки, здійснюються переробка та засвоєння органічних речовин; поглинально-накопичувальна, коли відбувається накопичення мінеральних сполук, у тому числі і радіогенних, і детоксикаційна, завдяки якій деякі види водних рослин у процесі своєї життєдіяльності здійснюють детоксикацію шкідливих забруднювачів, що тим чи іншим шляхом надходять у водойми.
Нестійка біосфера та сталий розвиток
Протягом останніх десятиліть вченими різних напрямів дуже інтенсивно досліджуються глобальні процеси, спричинені порушенням біогеохімічних циклів, вторгненням у кліматичну систему та скороченням біорізноманіття внаслідок антропогенної діяльності. Це, так само як і проблеми лавиноподібного приросту чисельності населення, дефіцит продовольства, голод і нестача чистої питної води з усією невідворотністю порушують питання про ємність біосфери та здатність систем життєзабезпечення продовжувати виконувати свої функції в умовах зростаючого антропогенного пресу.
Як відомо, прямі та зворотні зв'язки підтримують гомеостаз. Це означає, що планетна біота управляє зв'язками між атмосферою, Світовим океаном та верхньою частиною літосфери. Цим вона підтримує та зберігає стабільність потоків речовини та енергії в біосфері. Гомеостаз має місце лише за певного високого рівня поглинання планетарною біотою сонячної енергії, можливий лише за відсутності екстремальних космічних і планетарних впливів на біосферу. Він заснований на зв'язках, руйнація яких має тригерний характер. Це означає, що жива природа та багато біокосних утворень, що підтримують гомеостатичність біосфери, виявляються крихкими, спонтанно руйнуються в ході порушення екологічного балансу силами органічної природи. Дестабілізація біосфери можлива внаслідок впливу трьох сил: космічної, геологічної та антропогенної.
В результаті досліджень біосфери з точки зору природної системи, здійсненої Г. Лавлоком (1982), який конкретизував і дещо видозмінив уявлення В.І. Лавлока про гомеостаз глобальної екосистеми, можна констатувати:
природна біота Землі влаштована таким чином, що вона здатна з найвищою точністю підтримувати придатний для життя стан навколишнього середовища;
велика потужність продукції, досягнута біотою, дозволяє їй відновлювати будь-які природні порушення довкілля у найкоротші терміни, вимірювані десятками років;
величезна потужність, що розвивається біотою Землі, таїть у собі приховану небезпеку швидкого руйнації довкілля за десятки років, якщо цілісність біоти буде порушено. При цьому встановлено, що широкомасштабне окультурення ландшафтів небезпечніше за утворення антропогенних пустель;
біосфера певною мірою здатна компенсувати будь-які обурення, вироблені людством, але у разі, якщо частка його споживання вбирається у 1% продукції біосфери;
сучасні зміни біосфери людиною, які ведуть до викиду біотою 2,3 млрд. т/рік вуглецю в атмосферу, свідчать про перехід її в нестійкий стан, про сильне порушення глобальних біогеохімічних циклів та про суттєве придушення дестабілізуючого рівноважного стану процесів її природного саморегулювання;
сучасний стан біосфери до певної міри оборотний. Вона здатна повернутися у колишній стан, що мало місце у минулому столітті, але для цього необхідно на порядок знизити споживання її природної продукції;
іншого стійкого стану біосфери немає, і за збереження чи зростанні ступеня антропогенної навантаження стійкість довкілля буде порушено і біосфера почне руйнуватися;
через інерційність демографічних процесів зростання населення Землі до 8 млрд. чол. неминучий. Однак після стабілізації на цьому рівні необхідно майже на порядок знизити кількість людей на планеті шляхом планування сім'ї, і лише в цьому випадку дестабілізована біосфера повернеться у стійкий стан саморегулювання відповідно до принципу Ле Шательє, оскільки відторгнення людиною її продукції не перевищуватиме 1% ( К. С. Лосєв та ін, 1993).
Таким чином, провідні екологи однозначно свідчать про те, що цивілізація, що стихійно розвивається, впритул підійшла до порога стійкості біосфери. Головна небезпека у тому, що антропогенні впливу призвели до порушення процесів саморегулювання біогеохімічних циклів. Тому людство постало перед екологічним імперативом: чи відновлення дикої природи лише на рівні ХІХ ст. або навіть кілька ранніх часів, або кінець світу. Третього не дано. Згідно В. Г. Горшкову, біосфера гомеостатична тільки в рамках умов дотехногенного голоцену і їй не властиві інші стійкі стани. Однак цей висновок, зроблений на основі прямого застосування методу актуалізму, потребує певних коректив. Вся історія біосфери, починаючи з ранніх етапів її виникнення та розвитку, - це безперервна низка гомеостазів та біфуркацій-катастроф (криз і революцій).
До наших днів біосфера пройшла складний та нелегкий шлях ускладнення та прискорення. На її частку випадали найрізноманітніші катастрофи, починаючи від найбільших космічних та планетарних до регіональних та локальних. Їх розвиток нерідко ставив біосферу на межу самознищення та повного розпаду. Однак щоразу завдяки внутрішній енергії біосфера з честю виходила з найскладніших ситуацій, і знову відроджувалося життя. Такі випадки у геологічній історії численні. Яскравим прикладом може бути глобальна криза біосфери, яка сталася 65 млн. років тому. Внаслідок зіткнення Землі з великим космічним тілом (астероїдом) виникла екологічна катастрофа. Змінилися газовий склад атмосфери і температури приземної частини повітря і морських акваторій, на просторах суші почалися масштабні лісові пожежі тощо. потім – похолодання, схоже на «ядерну зиму».
Порушення природного балансу було настільки значним, що призвело до загибелі великих наземних хребетних, у тому числі динозаврів. Органічний світ Землі втратив майже весь лісовий покрив. Зникли всі головоногі молюски (амоніти та белемніти), усі сімейства планктонних організмів, коралів та мшанок, 75% сімейств брахіопод, така ж кількість двостулкових та черевоногих молюсків та інших організмів. Проте за порівняно недовгий час, через 3-5 млн. років, органічне життя Землі відродилася.
Тим часом ця космічна катастрофа була все ж таки не найбільшою в історії Землі. Протягом останніх 800 млн років геологічної історії подібних космічних катастроф налічується 21. Це не лише прямі удари та вибухи астероїдів, а й падіння комет або їх прольоти поблизу Землі. Усе це фіксується історія розвитку органічного світу і відзначено великими рубежами геохронологічної шкали. Чи не впади на Землю астероїд 65 млн. років, не відбудься в цей час космічна бомбардування, невідомо, скільки мільйонів років могла тривати епоха життя динозаврів. Адже екологічну нішу динозаврів після їхнього зникнення зайняли ссавці, еволюція яких призвела до появи Homo sapiens і до того, що нині відбувається з біосферою.
Серед планетарних процесів треба відзначити регіональні за масштабами і глобальні за ступенем впливу вулканічні виверження, гігантські зіткнення літосферних плит і такі скромні порівняно з ними процеси, як великі заледеніння і міжльодовики. Щоправда зміна льодовикових періодів міжльодовиками, як і і різкі зниження температур, викликали появи заледенінь, були результатом космічних причин, зокрема пов'язані з прильотом комет, і з астрономічними циклами.
Зв'язок четвертинних льодовикових епох і міжльодовиковий з астрономічними циклами М. Міланковича в даний час є загальновизнаним. Цей вчений пов'язує настання льодовикових епох із змінами трьох параметрів земної орбіти: ексцентриситету, тобто ступеня відхилення орбіти від кругової, нахилу земної осі (кута між віссю та перпендикуляром до площини орбіти) і часу проходження Землею перигелія, тобто. близького розташування Землі від Сонця. На кожен із перелічених параметрів впливає тяжіння Місяця та інших планет. Ексцентриситет досягає максимальних значень через кожні 92 тис. років, цикли коливань нахилу земної осі та часу проходження перигелію періодично повторюються через кожні 41 тис. та 21 тис. років відповідно.
Кінцевим результатом змін становища Землі на орбіті стосовно є циклічні зміни літньої інсоляції у високих широтах за умов відносного сталості радіаційного балансу загалом. У високих широтах такої зміни достатньо істотного зниження середньорічних температур, які спричиняють появу і саморозвиток льодовикових покривів на рівнинах і плоскогір'ях і гірських льодовиків. У свою чергу, такі величезні за масштабами зміни безпосередньо дестабілізують біосферу, яка щоразу докладає величезних зусиль щодо додаткової витрати енергії та речовини для того, щоб спочатку пристосуватися до незвичних ситуацій, що виникають, а потім вийти з кризових або критичних ситуацій.
У геологічній історії Землі гляціоери різної тривалості відбувалися принаймні шість разів, і щоразу зростання кріосфери звужував розвиток біосфери та порушував її гомеостаз. Порушувався не лише температурний режим земної поверхні, що викликав міграції чи зміни у способі життя тварин та рослин. Він приводив у тому числі і до суттєвого скорочення біомаси, а отже, порушував біологічний кругообіг речовин. Порушувався й гідрологічний цикл. У льодовикові епохи знижувався вологообмін між океаном і атмосферою, падало вміст вологи в атмосфері, а отже, скорочувалася складова парникового ефекту. Внаслідок розвитку кріосфери на значних площах суттєво збільшувалося альбедо земної поверхні та знижувався радіаційний баланс, а все це ще більше посилювало ефект вихолоджування планети.
Активний вулканізм, особливо при значному викиді пірокластичного матеріалу в атмосферу, певним чином знижував альбедо атмосфери, але викид значної кількості вуглекислоти, навпаки, сприяв посиленню парникового ефекту.
Як у разі негативного (вихолоджування), так і позитивного розвитку планетарних подій, коли з'являлася велика кількість сприятливих для життєдіяльності організмів ландшафтів, біосфера успішно справлялася з труднощами і продовжувала розвиватися.
Однак зовсім інший сценарій можливий при антропогенному впливі, якщо фактором деструкції стане криогенно-гляціальна дія, спричинена людиною. Воно може виникнути при ядерному конфлікті та масштабному використанні ядерних пристроїв. Це спричиняє явище, описане як «ядерна зима». І тут порушиться енергозабезпеченість Землі, а кріосфера отримає планетарне поширення, тобто. Земля може перетворитися на нову крижану планету.
Порівняння сучасних умов з палеогеографічними, тобто з фізико-географічними умовами геологічного минулого, свідчать про те, що сучасна дестабілізація біосфери хоч і унікальна за походженням, але далеко не перша. Однак це зовсім не означає, що біосфера навіть у її сучасному стані здатна перенести ще серйозніші впливи з боку сучасної цивілізації.
Сучасна ситуація надзвичайна ще й тим, що вона накладається на умови природного гомеостазу в біосфері, і тому розвиток може вважатися односпрямованим. Явища як дестабілізуючого, і сприятливо що розвивається характеру дають деяку стабілізацію у розвитку, але головне у тому, які явища пересилають.
У сучасній біосфері екологічні ресурси відновлюються в повному обсязі. Однак біосфера має ще одну унікальну якість. Перебуваючи у дестабілізованому стані, вона не повністю втрачає свої екологічні функції. Жива речовина здатна акумулювати енергію, що розсіюється неорганічними джерелами, і при цьому перерозподіляти її знову в навколишній простір таким чином, що кісна середовище, в основному неорганічна, перетворюється на фактор прогресивного збільшення функціонального і статичного потенціалу живої природи. Працюючи він, живе речовина змінює дію процесів у неживої природі (З. П. Горшков, 1998). Таким чином, у біосфері відбуваються процеси, що відновлюють гомеостаз.
З часу виникнення біосфера постійно взаємодіє з Космосом. Ця взаємодія випливає із тривалості розвитку біосфери, яка існує на Землі майже 4 млрд. років, та постійного збільшення біорізноманіття та біологічних функцій живої речовини.
Ці два чинники свідчать про дивовижну стійкість біосфери, про певну обмеженість масштабів впливу на біосферу неорганічної природи, про прискорення космічного на біосферу, принаймні протягом фанерозойської історії. На думку провідних екологів, для вироблення науково обґрунтованої стратегії сталого розвитку та оптимальних умов виживання людства необхідно встановити такі пріоритети (С. П. Горшков, 1998):
вищий – еколого-економічна оптимізація природно-антропогенних та антропогенних систем. Від успіхів реалізації найвищого пріоритету залежить і вирішення демографічної проблеми; високий - охорона природних систем та біорізноманіття. В умовах поєднання демографічної, соціально-економічної та екологічної криз повинні бути пріоритетнішими цілі, що захищають людину і природу одночасно.
