Поясно-зональные структуры

Географическая зональность. Важнейшей чертой Земли является закономерное изменение природных компонентов от экватора к полюсам, что проявляется в зональности. Основные причины зональности — форма и положение Земли относительно Солнца, вследствие чего солнечные лучи падают на земную поверхность под разными углами, постепенно уменьшающимися в обе стороны от экватора. Очевидно, что если бы Земля была плоскостью, как угодно ориентированной к потоку солнечных лучей, они падали бы на нее всюду одинаково и равномерно ее нагревали.

Таким образом, наличие зональности на земном шаре обусловлено планетарно-космическими причинами. Географическая оболочка активно трансформирует все внешние воздействия, поэтому, как заметил С.В. Калесник, правильнее говорить, что «планетарно-космические причины создают только основные предпосылки для возникновения зональности».

Сферы проявления зональности. Зональность тепловых условий была известна географам античного времени, а тепловые пояса выделяли еще древние греки. А. Гумбольдт установил зональность и высотную поясность растительности. Но честь и заслуга научного открытия географической зональности принадлежит В.В.Докучаеву, который в 1899 г. назвал зональность мировым законом. Действительно, многие физико-географические явления распределяются на земной поверхности в виде вытянутых вдоль параллелей полос. Эта пространственная структура свойственна прежде всего климатическим, гидрологическим, гидрохимическим явлениям, почвенному и растительному покрову.

С. В. Калесник подчеркивал, что «...по причине зонального распределения солнечной лучистой энергии на Земле зональны температура воздуха, воды и почвы, испарение и облачность, атмосферные осадки, барический рельеф и системы ветров, воздушные массы, климат, характер гидрографической сети, гидрологические и геохимические процессы, выветривание и почвообразование, растительный и животный мир, скульптурные формы рельефа, и, наконец, географические ландшафты, объединяемые в связи с этим в ландшафтные зоны». По мере удаления от земной поверхности зональность постепенно затухает. Например, в абиссальной области океанов температура практически постоянна и равна 2—3°С, сезонные и суточные колебания температуры почвы охватывают слой горных пород не глубже нескольких метров.

Конечно, мировой закон зональности отражает лишь общие закономерности. Земная поверхность сложна и мозаична и зональные черты выделяются путем относительной генерализации более мелких структурных подразделений. Любая из имеющихся на сегодняшний день схема зонального деления земной поверхности и зонального распределения отдельных компонентов географической оболочки отличается лишь самим элементом, степенью подробности и объективной точности.

Радиационные пояса. Количество солнечной радиации, получаемое Землей, зависит от расстояния между Землей и Солнцем и угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Ближе всего к Солнцу Земля находится в начале января, дальше всего — в начале июля. Разница между этими расстояниями составляет 5 млн км, вследствие чего Земля в первом случае получает на 3,4% больше, а во втором на 3,5% меньше радиации, чем при среднем расстоянии от Земли до Солнца (в начале апреля и в начале октября). Угол падения солнечных лучей зависит в свою очередь от географической широты и высоты Солнца над горизонтом (меняющейся в течение суток и по временам года). Различный приход солнечной радиации на разных широтах позволяет выделить радиационные пояса: жаркий (между тропиками), два умеренных (между тропиками и полярными кругами) и два холодных (между полюсами и полярными кругами). Их иногда изображают в виде поясов освещенности Земли.

Тепловые пояса. Помимо географической широты, на распределение тепла на Земле влияют соотношение площадей суши и моря, состояние атмосферы, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения. Если принять во внимание эти факторы, то, очевидно, что границы тепловых поясов совмещать с конкретными параллелями не совсем правильно. Поэтому в качестве границ обычно принимают изотермы: годовые — для выделения пояса, в котором годовые амплитуды температуры воздуха; малы, и самого теплого месяца — для выделения поясов, где колебания температуры в году более резкие. По этому принципу выделяют тепловые пояса, которых также пять: теплый, или жаркий, ограниченный в каждом полушарии годовой изотермой +20°С, проходящей вблизи 30-й северной и 30-й южной параллели, два умеренных, которые в каждом полушарии лежат между годовой изотермой +20°С и изотермой +10°С самого теплого месяца (соответственно, июля или января), два холодных, в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°С.

Климатические пояса. В.В.Докучаев обратил внимание на то, что в формировании природных зон участвуют не только прямая солнечная радиация, но и такие важные элементы климата, как адвективное тепло и влага. Он также установил, что для каждой природной зоны характерно определенное количество тепла и годовое количество атмосферных осадков, а также соотношение между ними. Рассматривая проблему географической зональности, А.А. Григорьев констатировал, что в основе изменений строения и развития географической среды по поясам, зонам и подзонам лежат, прежде всего, изменения количеств тепла, влаги и их соотношения. М.И. Будыко доказал тесную связь географических зон с двумя климатическими параметрами — радиационным балансом земной поверхности и радиационным индексом сухости. Из этого можно заключить, что основным фактором формирования географических зон является климат.

Действительно, атмосферная и океаническая циркуляции и влагооборот влияют на тепловые условия земного шара, а следовательно, и на все то, что прямо или косвенно ими управляется. Причины и следствия переплетены здесь настолько тесно, что все три фактора должны рассматриваться как сложное единство. Каждый из перечисленных факторов зависит от географической широты места, высоты над уровнем моря и характера земной поверхности. Широта определяет величину солнечной радиации. С высотой меняются температура и давление воздуха, содержание в нем влаги, режим ветров. Так как все климатообразующие факторы, кроме рельефа и расположения суши и моря, имеют тенденцию к зональности, вполне естественно, что и климаты зональны.

По относительной устойчивости климата отдельных участков земной поверхности выделяют тринадцать климатических поясов: экваториальный, два субэкваториальных, два тропических, два субтропических, два умеренных, два субарктических, два арктических.

Географические пояса. Климатические пояса служат основой для выделения географических поясов — наиболее крупных зональных подразделений географической оболочки (рис. 6.1). По числу и даже по названиям географические пояса совпадают с климатическими. Однако границы этих поясов совпадают не везде, что связано с более сложной организацией географических поясов, включающих почвенно-растительный покров, геоморфологические, биохимические, гидрогеологические объекты, которые могут не соответствовать всем параметрам современного климата.

Рис. 6.1. Географическая поясность земного шара (по Д.В. Богданову): пояса океана: А — полярный арктический; Б — субполярный субарктический; В — умеренный; Г — субтропический; Д — тропический пассатный; Е — экваториальный; Ж — тропический пассатный; 3 — субтропический; И — умеренный; К — субполярный субантарктический; Л — полярный антарктический; пояса суши: 1 — арктический (ледовая пустыня); 2 — субарктический (тундра, лесотундра); 3 — у меренный (тайга, листопадные леса, степь); 4 — субтропический (сухие средиземноморские и влажные субтропики, субтропики, полупустыни, пустыни); 5 — тропический (пустыни); 6 — субэкваториальный (листопадные леса, саванны, редколесья); 7 — экваториальный (вечнозеленые, дождевые леса); 8 — субэкваториальный (влажные саванны, сухие леса, редколесья); 9 — тропический (пустыни, сухие и влажные саванны, редколесья); 10 — субтропический (сухие и влажные субтропики); 11 — умеренный (в основном безлесный); 12 — субполярный; 13 — ледниковый (Антарктида)

В пределах географических поясов выделяют географические, или ландшафтные зоны, которые характеризуются господством одного зонального типа ландшафта. Зоны в меньшей степени, чем пояса, имеют широтную ориентацию и протяженность, так как условия увлажнения обусловлены не только климатическими факторами, но и структурой самого ландшафта. Ландшафтными географические зоны впервые назвал Л.С. Берг, утверждавший, что их границы подвижны, т. е. с течением времени меняют свое положение на земной поверхности. Причиной такого перемещения он считал коренные изменения климата в прошлом. Изменения, связанные с перемещением зон, охватывают кору выветривания, почвы, растительность и животный мир и естественно меняют облик ландшафта. Палеогеографические исследования подтверждают факт смещения ландшафтных зон в ходе геологического времени и климатическую обусловленность их формирования и подвижности.

К.К.Марков, исследуя историю географической зональности, установил два типа зональности, которые сменяли друг друга во времени. В геологические эпохи, когда средняя температура земной поверхности была сравнительно высокой, формировалась простая, обычно субширотная зональность с сильным развитием тропических областей. В холодные периоды общее число географических зон и поясов увеличивалось, внутритропическое пространство сужалось, границы поясов и зон сдвигались в сторону от экватора, за счет чего расширялись внетропические пространства. Современная поясно-зональная структура земной поверхности дает основание полагать, что Земля еще переживает холодный период с сохранением ледниковых покровов, поскольку ледники свойственны не только полярным областям, но и высокогорьям всего земного шара.

Периодический закон географической зональности. Климатические условия географических поясов и зон можно оценить с помощью показателей: коэффициента увлажнения Высоцкого—Иванова к = Х/Е₀ (где X— годовая сумма осадков, мм; Е₀ — годовая испаряемость, мм) и радиационного индекса сухости Будыко r= R/LX ( где R — годовой радиационный баланс; LX— энергия, которая потребовалась бы на испарение выпадающих атмосферных осадков). Значения показателей определяют характер увлажненности ландшафтов: аридный (засушливый) или гумидный (влажный). Чтобы отобразить влияние ландшафтных условий на увлажнение, А.М. Рябчиков предложил соотносить радиационный баланс не с атмосферными осадками (они в большей мере зависят от циркуляционных процессов, чем от структуры ландшафта), а с валовым, или продуктивным, увлажнением W, которое равно количеству осадков минус поверхностный сток.

Значения показателей могут повторяться в зонах, относящихся к разным географическим поясам. При этом величина к определяет тип ландшафтной зоны, а величина r — конкретный характер и облик зоны. Например, к >3 во всех случаях указывает на тип пустынных ландшафтов, но в зависимости от величины R облик пустыни меняется: при r =0—50 ккал/см² в год — это пустыня умеренного климата; при r= 50—75 ккал/см² в год — пустыня субтропического климата и при r >75 ккал/см² в год — пустыня тропического климата. Если к близок к 1, это значит, что осадков выпадает столько же, сколько может испариться.

В низких широтах (примерно от 0° до 30°) фактором, лимитирующим произрастание растительности, является влага. Здесь наблюдаются следующие зоны: влажные экваториальные леса, тропические леса, листопадные леса, саванны, опустыненные саванны, тропические пустыни. В высоких широтах (примерно от 65° и выше) лимитирующим фактором является теплота. Здесь сформировались лесотундры, тундры, арктические пустыни. Между высокими и низкими широтами в условиях субтропических и умеренных поясов наблюдаются разные сочетания тепла и влаги. Так, пустыни (субтропические и умеренного пояса) находятся в тех районах, где увлажнение недостаточное (к< 1, r> 1), а влажные субтропические, широколиственные, смешанные леса и тайга сформировались в районах с хорошим увлажнением (к и r близки к 1).

Хотя на каждом материке расположение зон имеет свои особенности, можно установить главные закономерности. На рис. 6.2 показана модель идеального материка, где отсутствуют горы, а океаническая циркуляция соответствует реальной. На схеме отчетливо видна близкая к широтной ориентация поясов, тогда как зоны ориентированы более разнообразно.

Внимательное рассмотрение схемы позволяет увидеть повторение сходных географических зон в разных поясах. Например, лесные зоны есть в экваториальном, субэкваториальном, тропическом, субтропическом и умеренном поясах. В нескольких поясах встречаются степные, полупустынные и пустынные зоны, а также зоны переходного типа между лесными и степными (высокотравные саванны, редколесья, лесостепи и др.). Эта особенность позволила А. А. Григорьеву и М. И. Будыко во второй половине XX столетия сформулировать периодический закон географической зональности, согласно которому наличие однотипных ландшафтных зон в разных поясах связано с повторением одинаковых соотношений тепла и влаги (рис. 6.3).

Изложенные закономерности справедливы для равнинных территорий. В горных районах с высотой понижается температура, изменяется количество осадков (обычно увеличивается до определенных высот, а затем уменьшается). Имеют значение крутизна и экспозиция склонов, а также облачность. Соответственно этому изменяются и водно-тепловые условия, что приводит к смене ландшафтных зон с высотой. Закономерная смена природных условий и ландшафтов с высотой получила название высотной поясности (высотная зональность, вертикальная зональность).

Рис. 6.2. Схема географических поясов и основных типов ландшафтов на гипотетическом материке

Рис. 6.3. Соотношение теплоты и влаги как основной показатель типов ландшафтов (по А. М. Рябчикову, 1984)

Рис. 6.4. Структура вертикальной поясности ландшафтов в континентальных секторах материков (по А. М. Рябчикову): 1 - ландшафты листопадно-вечнозеленых субэкваториальных лесов; 2 - ландшафты муссонных лесов

Рис. 6.5. Структура вертикальной поясности ландшафтов во влажных приокеанических секторах материков (по А. М. Рябчикову): 1 — ландшафты листопадно-вечнозеленых субэкваториальных лесов; 2 — ландшафты муссонных лесов; 3 — ландшафты саванн; 4 — колючие и суккулентные редколесья; 5 — буковое криволесье; 6 — травяные луга; 7— хвойные леса с верещатниками; 8 — бамбуково-папоротниковые леса

Зоны на равнинах и высотные пояса формируют своеобразную систему. Например, зона арктических (полярных) пустынь на уровне моря находится на широте 65 — 85°, а в более низких широтах она возможна лишь на определенной высоте в горах. Обобщенное распределение географических зон в зависимости от широты и высоты над уровнем моря во влажных и континентальных секторах материков показано на рис. 6.4—6.5. В реальности сплошного распределения зон от уровня моря до снеговой границы не существует, имеются лишь фрагменты такой картины в разных горных системах.

Общие черты циркуляции атмосферы, управляющие переносом влаги, необходимо учитывать при делении географических поясов на секторы. Выделяют три сектора: два океанических и один континентальный, или западный, центральный и восточный. В холодном поясе секторы не выявляют, так как морская и континентальная области не имеют резких различий. По классификации А. Г. Исаченко, целесообразно выделение пяти секторов: западный приокеанический, восточный приокеанический, слабо- и умеренно континентальный, континентальный, резко континентальный.

Ландшафтные зоны суши

Понятие «ландшафт» относится к физико-географическому комплексу, т.е. к сочетанию взаимодействующих природных компонентов — геологического строения, рельефа, атмосферного воздуха, вод суши, почв, растительности и животного мира. Под ландшафтом обычно понимают территорию, природные условия которой относительно однородны. К одному ландшафту можно отнести территории, разобщенные между собой, но сходные по природным характеристикам. Помимо ландшафтов суши есть попытки выделения подводных ландшафтов — аквальных природных комплексов. Типы ландшафтов определяют своеобразие природных, или ландшафтных, зон — крупных подразделений земной поверхности внутри географических поясов.

Названия природных зон даны по ландшафтно-ботаническому признаку, так как растительный покров — это и «одежда» ландшафта, придающая ему характерный облик, и чрезвычайно чуткий индикатор разнообразных природных условий. Необходимо, однако, учитывать, что:

1) ландшафтная зона не идентична никакой другой зоне, выделяемой по отдельному компоненту ландшафта (в зоне тундр помимо тундровой растительности по долинам рек растут леса, в зоне степей почвоведы выделяют и зону черноземов, и зону каштановых почв);

2) облик ландшафтной зоны создан не только современными природными условиями, но и всей историей формирования;

3) зональность Южного полушария не является зеркальным отражением зональности Северного полушария.

Классификации ландшафтных зон и ландшафтов Земли многоуровенны и неоднозначны по содержанию. В качестве примеров приведем некоторые из них.

Ландшафтные зоны Земли (по С. В.Калеснику):

1. Ландшафтные зоны северного холодного пояса.

1.1. Зона арктических пустынь.

1.2. Зона тундры.

1.3. Зона лесотундры и редколесий.

2. Ландшафтные зоны южного холодного пояса.

2.1. Зона антарктической ледяной пустыни.

2.2. Тундрово-луговая зона.

3. Ландшафтные зоны умеренных поясов.

3.1. Зона тайги.

3.2. Зона смешанных и широколиственных лесов.

3.3. Зона лесостепей.

3.4. Зона степей.

3.5. Зона полупустынь.

3.6. Зона пустынь.

3.7. Средиземноморская зона.

3.8. Зона субтропических вечнозеленых исмешанных лесов.

3.9. Зона субтропических саванн.

3.10. Зона субтропических пустынь иполупустынь.

4. Ландшафтные зоны жаркого пояса.

4.1. Зона тропических лесов.

4.2. Зона тропических саванн.

4.3. Зона тропических пустынь.

4.4. Зона влажных экваториальных лесов (тропических дождевых лесов — гилей).

Ландшафтные зоны Земли (по А. Г. Исаченко):

1) лесотундровая; 2) приокеанические луговые и лесолуговые; 3) суббореальные широколиственно-лесные (включая переходные к субтропическим); 4) субтропические влажные лесные; 5) средиземноморские; 6) субтропические лесостепные, степные, саванновые; 7) тропические и субэкваториальные влажные лесные; 8) суббореальная полупустынная Южного полушария; 9) бореальные и суббореальные влажные лесные Южного полушария.

Типы ландшафтов суши (по А. Г. Исаченко):

1) арктические и антарктические; 2) субарктические (тундровые); 3) бореально-субарктические (лесотундровые); 4) бореальные, переходные к субарктическим (луговые и лесо-луговые); 5) бореальные (таежные); 6) бореально-суббореальные (подтаежные); 7) суббореальные гумидные (широколиственно-лесные); 8) суббореальные гумидные, переходные к субтропическим (субсредиземноморские и др.); 9) суббореальные семигумидные (лесостепные и аридно-лесные); 10) суббореальные семиаридные (степные); 11) суббореальные аридные (полупустынные); 12) суббореальные экстрааридные (пустынные); 13) субтропические гумидные (вечнозеленые лесные); 14) субтропические семигумидные (средиземноморские); 15) субтропические семиаридные (лесостепные, саванновые, степные); 16) субтропические аридные (полупустынные) и экстрааридные (пустынные); 17) тропические экстрааридные (пустынные); 18) тропические и субэкваториальные аридные и семиаридные (саванновые, редколесные, сезонновлажные лесные); 19) тропические и субэкваториальные гумидные (лесные); 20) экваториальные гумидные (лесные).

Географы МГУ под руководством А.М. Рябчикова выделяют среди географических поясов 34 природные зоны (рис. 6.6).

 

Рис. 6.6. Географические пояса и зоны (по А. М. Рябчикову): пояса: I — полярные; // — субполярные; /// — умеренные (а — бореальные; б — суббореальные подпояса); IV— субтропические; V— тропические; VI — субэкваториальные; VII — экваториальный; зоны: 1 — пустыни; 2 — аркотундры; 3 — тундры; 4 — лесотундры и предтундровые редколесья; 5 — приокеанические луга и редколесья; 6 — тайга; 7 — смешанные леса; 8 — широколиственные леса; 9 — лесостепи и прерии; 10 — степи; 11 — полупустыни; 12 — полупустыни и пустыни; 13 — хвойные леса; 14 — вечнозеленые и полувечнозеленые смешанные леса; 15 — полувечнозеленые лиственные леса; 16 — леса, редколесья и кустарники средиземноморского типа; 17 — полупустыни; 18 — пустыни; 19 — летневлажные редколесья и кустарники; 20 — степи; 21 — прерии и луговые степи; 22 — пустыни; 23 — полупустыни; 24 — редколесья и кустарники, саванны и высокогорные степи; 25 — полувечнозеленые сезонновлажные леса; 26 — вечнозеленые постоянно влажные леса; 27— вечнозеленые влажные и умеренно влажные леса; 28— полувечнозеленые влажные и умеренно влажные леса; 29 — вечнозеленые полусухие леса и кустарники; 30 — листопадные умеренно влажные и сухие леса; 31 — влажные и редко умеренно влажные саванны и редколесья; 32 — сухие и опустыненные саванны, лесья и кустарники; 33 — вечнозеленые избыточно влажные и влажные леса(гилей); 34 — листопадно-вечнозеленые леса. Штриховкой показана секторность географических поясов в пределах суши и приокеанической части