Основы геоэкологии - Геннадий Голубев

Не претендуя на высокую точность, можно сказать, что экосфера не имеет четких границ и простирается на первые десятки километров в атмосферу и на первые сотни метров в литосферу, заключая в себя помимо этих двух сфер также и всю биосферу, педосферу и практически всю гидросферу.

Экосфера – целостная, внутренне связанная система, обладающая определенной устойчивостью по отношению как к внутренним процессам, так и к внешним воздействиям. Основные черты пространственной структуры экосферы следующие:

• экосфера по форме близка к шару;

• экосфера трехмерна. На этом основана общепринятая система географических координат: широта, отсчитываемая к северу и югу от экватора, долгота, отсчитываемая от нулевого мередиана, обычно проводимого через Гринвич вблизи Лондона, и высота над средним уровнем океана;

• поверхность суши и океана («дневная поверхность») – это зона наибольшего взаимодействия геосфер;

• верхняя и нижняя границы экосферы размыты;

• поверхности контактов между различными компонентами экосферы наиболее активны. К ним относятся такие контактные зоны, как атмосфера-суша, атмосфера-океан, суша-океан, поверхности раздела между воздушными и водными массами с различными свойствами (фронты), границы между различными экологическими системами (экотоны).

Положение Земли в Солнечной системе, ее размеры, форма, особенности движений предопределяют несколько основных свойств планеты, в том числе особенности, важные с точки зрения геоэкологии:

а) Земля – планета относительно небольшая. Площадь ее поверхности составляет 510 млн км2, из них суша – 149 млн км2, а свободная от ледников суша – 133 млн км2. Это все, чем располагает человечество не только сейчас, но и в будущем, для своего дальнейшего роста и развития. Ограниченность пространства и ресурсов, заключенных в этом пространстве, при возрастающей численности населения мира и росте его потребностей приводят к неизбежности возникновения, рано или поздно, глобального геоэкологического кризиса.

б) Главный источник энергии, необходимой для функционирования экосферы, – это Солнце. Позиция Земли по отношению к Солнцу оптимальна по сравнению с другими планетами: наша планета достаточно близка к Солнцу, чтобы получать от него необходимое количество энергии, определяющей почти все основные процессы в экосфере. В то же время Земля не настолько приближена к Солнцу, чтобы получать избыточное количество энергии.

в) Ось вращения Земли наклонена под углом 66°33′ к плоскости движения Земли вокруг Солнца (плоскости эклиптики). Это обстоятельство обусловливает изменяющееся в течение года неравномерное распределение солнечной радиации по земной поверхности и, таким образом, смену времен года. Оно обеспечивает также различную продолжительность светового дня и ее внутригодовую изменчивость в зависимости от широты.

г) Параметры движений Земли изменяются с определенной периодичностью. Среди многих периодов выделяются, например, вариации средней продолжительностью 92, 40 и 21–23 тысяч лет, связанные с закономерными изменениями параметров движений Земли (эксцентриситета орбиты, наклона оси вращения планеты к плоскости орбиты, прецессии равноденствия). Это приводит к периодичности изменений геоэкологической обстановки, таких как потепление или похолодание климата, повышение или понижение уровня океана, развитие или сокращение оледенения и пр. Периодичность различной продолжительности – отличительная особенность многих природных явлений.

д) Форма Земли не соответствует в точности какой-либо геометрической фигуре, но для текущих задач геоэкологии она может быть аппроксимирована как шар. Отсюда вытекают два важных следствия.

Во-первых, шарообразность Земли обеспечивает закономерное изменение от экватора к полюсам интенсивности солнечного излучения и накапливаемых за год сумм солнечной радиации. Это обстоятельство – основная причина формирования природных зон и ландшафтов Земли, то есть того ландшафтного разнообразия, которое столь отличает нашу планету от других.

Во-вторых, из-за шарообразности Земли площадь тропической зоны существенно больше умеренной, а тем более полярной зоны. Если разделить Землю по тридцатиградусным полосам по широте и затем сложить образовавшиеся полосы симметрично относительно экватора, то образуются три основные зоны: тропическая, умеренная и полярная. Площади этих зон заметно различаются:

Столь большие различия в площади зон указывают, при прочих равных условиях, на относительно более значительную для глобальной экологии роль процессов в тропической зоне и наименьшую – в полярной зоне.

Наиболее характерными особенностями любой сложной природной системы являются ее энергетическое и вещественное состояние и режим. В этой связи важнейшими факторами, определяющими режим и эволюцию экосферы, являются ее тепловой баланс и глобальные циклы вещества.

Солнце – главный источник энергии, которая необходима для функционирования Земли как системы. Общее количество солнечной энергии, достигающей верхней атмосферы, составляет 5,49 · 1024 джоулей за год. При этом поток солнечной радиации весьма мало изменяется во времени, обеспечивая устойчивую энергетику таких основных процессов экосферы, как общая циркуляция атмосферы и океана, выветривание и денудация верхних горизонтов литосферы, глобальные биогеохимические циклы вещества, образование первичной биологической продукции и пр. В частности, затраты солнечной энергии на испарение воды с поверхности океанов и суши определяют один из основных механизмов системы – глобальный гидрологический цикл, или круговорот воды.

Заметим, что другой источник энергии экосферы – поток из недр Земли к ее поверхности – в 20–30 тысяч раз меньше, чем поступление энергии от Солнца, хотя этот поток все же весьма значителен.

Для сравнения укажем, что человек использует сейчас примерно такое же количество энергии, как и поток из недр Земли.

Это иллюстрация того, что роль человека уже соизмерима с крупными природными процессами.

Солнечную энергию, приходящую к верхней границе атмосферы, постигают затем сложные преобразования[1]. Она частично:

а) рассеивается в атмосфере,

б) отражается от нее в мировое пространство,

в) достигает поверхности Земли.

В среднем для Земли почти половина солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы, достигает поверхности океанов и суши. В свою очередь, эта доля солнечной энергии: