К системным наукам относится география, синтезирующая знания отраслевых наук применительно к поверхности Земли. При этом физическая география изучает естественные природные комплексы, формирующиеся на поверхности Земли в результате взаимодействия биотических и абиотических факторов, а социально-экономическая география изучает социально-экономические комплексы, формирующиеся на поверхности Земли в результате освоения человеком ее территорий.
В IV в. до н. э. древнегреческий ученый Аристотель заметил, что тень от Земли на Луне, наблюдаемая во время лунных затмений, всегда имеет одинаковую круглую форму. Он предположил, что Земля, как Луна и Солнце, является шарообразным телом. Это наблюдение было очень важным для развития человеческой мысли.
Но Земля – не идеальный шар, она сплюснута у полюсов и расширена к экватору. Такое геометрическое тело называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. Однако истинная форма Земли сложнее из-за неоднородного строения недр. Известный ученый В. И. Вернадский назвал такую форму геоид(«землеподобный»). Геоид – это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести. Поверхность геоида совпадает с уровнем Мирового океана и сообщающихся с ним морей при некотором среднем уровне воды, отсутствии течений, волн, приливов и др.
В настоящее время с помощью космических методов исследования ученые с достаточной степенью точности могут составить модель поверхности Земли, которую по форме иногда сравнивают с обкусанным яблоком, подчеркивая при этом неоднородность ее поверхности.
Полярный радиус Земли составляет 6357 км, а экваториальный – 6378 км, то есть больше полярного на 21 км (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Форма и размеры Земли
► Земная ось – это воображаемая прямая, проходящая через центр Земли. Две точки, через которые проходит ось Земли, называются полюсами. Их два – Северный и Южный.
На одинаковом расстоянии от полюсов проходит воображаемая линия – экватор. К северу от экватора – Северное полушарие, к югу – Южное. Длина экватора составляет немногим более 40 000 км.
7.2. Космические ритмы
Жизнь природы и человека подчинена космическим ритмам. В основе смены дня и ночи, лета и зимы, хороших и плохих лет лежат космические процессы, связанные с движением космических тел относительно друг друга.
Так, смена дня и ночи обусловлена вращением Земли вокруг своей оси, месячный и недельный ритмы обусловлены обращением Луны вокруг Земли, чередование сезонов года связано с обращением Земли вокруг Солнца (приближением и удалением от Солнца), чередование хороших и плохих лет – с солнечной активностью.
С солнечной активностью связывают три вида ритмов: 11-летний ритм, 22-23-летний ритм, 80-90-летний ритм. Обращение Земли вместе со всей Солнечной системой вокруг центра Галактики за 220–250 млн лет определяет геологическую ритмику, то есть смену геологических эпох.
Поскольку существуют еще гравитационные связи между планетами, движение комет и многие другие взаимодействия, количество космических ритмов может быть весьма значительным. Ясно, что все они так или иначе оказывают воздействие на неживую природу, живую природу и человека.
Наиболее очевидным ритмом является смена дня и ночи. Животный и растительный миры обязаны приспосабливаться к этому ритму для успешной жизнедеятельности.
Люди, наблюдая за Солнцем, заметили, что через определенное время повторяется восходи заход Солнца.
► Промежуток времени между двумя восходами (или заходами) называется сутками.
Солнце постоянно освещает Землю, однако во время своего движения Земля поворачивается к Солнцу то одной стороной, то другой. На освещенной Солнцем стороне бывает день, на противоположной – в это время ночь.
Земля совершает полный оборот вокруг своей оси с запада на восток за 24 часа, то есть за сутки. В разных местах земного шара, расположенных на разных меридианах, то есть имеющих разную долготу, в один и тот же момент часы показывают разное время суток. Но на одном и том же меридиане в каждой его точке от Северного полюса до Южного время суток оказывается одним и тем же. Это время называется местным.
Но пользоваться местным временем неудобно, это мешает при осуществлении связей между разными странами и между частями нашей огромной по протяженности с запада на восток страны. Поэтому астрономы разработали и предложили ввести систему поясного времени. Для удобства отсчета времени решением Международного конгресса поверхность Земли разделили меридианами на 24 часовых пояса, каждый из них включает в себя 15° долготы (Земля за 1 час поворачивается на 15°). Время каждого часового пояса отличается от последующего на 1 час. Нумерация поясов от 0 до 23 ведется с запада на восток от Гринвичского меридиана. Во всех пунктах, находящихся в пределах одного пояса, в данный момент считается одно и то же время. Москва находится во 2-м часовом поясе.
Во многих странах мира осуществляется переход на декретное время (от лат. decretum – указ, постановление) – поясное время, переведенное вперед или назад на 1 час с целью наиболее рационального использования светлой части суток (летнее или зимнее время). В России поясное время отличается от декретного на 1 час. Поэтому Москва, находясь во 2-м часовом поясе, практически живет по времени 3-го часового пояса. Таким образом, когда в Москве 13 часов (московское время), то в Париже – 11 часов (среднеевропейское время), в Лондоне – 10 часов (Гринвичское время) (рис. 7.2).
Скорость движения планет вокруг Солнца зависит в первую очередь от положения их орбит. Чем дальше находится планета от Солнца, тем больше ее орбита, тем длиннее ее год. Например, год на Юпитере продолжается почти 12 земных лет, на Сатурне – почти 30. Самая далекая планета Солнечной системы Плутон делает один оборот вокруг Солнца за 248 земных лет. Земля – третья по счету планета в Солнечной системе. Она совершает один оборот вокруг Солнца за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. Для удобства считают, что в году 365 дней, а через каждые четыре года, когда из шести часов «накопятся» 24 часа, в году бывает 366 дней. Этот год называется високосным, а один день прибавляется к февралю.
Путь Земли вокруг Солнца – земная орбита – имеет форму эллипса. Среднее расстояние от Земли до Солнца 149,6 млн км. Ось вращения Земли наклонена к плоскости земной орбиты подуглом 66,5°.
Рис. 7.2. Часовые пояса Земли
Благодаря обращению Земли вокруг Солнца и постоянному наклону земной оси на нашей планете сменяются времена года и существуют пояса освещенности. Наблюдения показывают, что в нашу эпоху положение планеты в Солнечной системе практически не менялось и земной год– величина достаточно постоянная.
Смена времен года. На рис. 7.3 показано годовое движение Земли вокруг Солнца в разное время года. Летом Северное полушарие как бы повернуто к Солнцу, а зимой – наоборот. 23 сентября и 21 марта – дни осеннего и весеннего равноденствия, когда Солнце одинаково освещает оба полушария Земли. В этот день и в Северном и в Южном полушарии день равен ночи. 22 декабря – день зимнего солнцестояния: самый короткий день и самая длинная ночь в Северном полушарии. Земля обращена к Солнцу своим Южным полушарием. Там лето. У нас зима.
Рис. 7.3. Схема годового движения Земли вокруг Солнца
► Тропики (от греч. tropikos – круг поворота) – географические параллели 23°27 широты, на которых один раз в год, в один из дней солнцестояния, полуденное солнце бывает в зените.
22 декабря, в день зимнего солнцестояния, Солнце находится в полдень в зените для мест, лежащих в Южном тропике (тропик Козерога).
22 июня – день летнего солнцестояния, когда самый длинный день и самая короткая ночь в Северном полушарии. В этот день Солнце в зените наблюдают жители мест, расположенных в Северном тропике (тропик Рака). В Южном полушарии в это время зима, в Северном – лето.
► Полярные круги – географические параллели 66°33 широты, на которых в один из дней солнцестояния наблюдается полярный день, а в другой – полярная ночь. Они являются границами зон полярных ночей и полярных дней.
Полярная ночь может длиться в полярных поясах от 1 суток на широте Северного или Южного полярных кругов до 178 суток на Северном или Южном полюсах. Во время полярной ночи Солнце не появляется над горизонтом. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга этот период начинается 22 декабря, а в более высоких широтах – раньше и длится дольше.
Полярный день – это период, когда Солнце не спускается за горизонт. Чем дальше от Полярного круга к полюсу, тем длиннее полярный день. На широте Полярного круга он длится 1 сутки, а на полюсе – 189 суток. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается 22 июня, а в более высоких широтах – раньше и длится дольше.
Полярный день – это период, когда Солнце не спускается за горизонт. Чем дальше от Полярного круга к полюсу, тем длиннее полярный день. На широте Полярного круга он длится 1 сутки, а на полюсе – 189 суток. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается 22 июня, а в более высоких широтах – раньше и длится дольше.
Аналогичное явление имеет место в Южном полушарии, но в другое полугодие.
Календарные системы. На основе космической ритмики созданы различные календарные системы. Известны византийский и иудейский календари, ведущие отсчет от мифического сотворения мира (01.09.5508 г. до н. э.), древнегреческий (начало отсчета – первые Олимпийские игры – 01.07.776 г. до н. э.), христианский (от даты рождения Христа – 01.01.01 г. н. э.), мусульманский (бегство Мухаммеда из Мекки – 16.07.622 г. н. э.).
Древнеегипетский календарь (солнечный) базировался на нескольких космических и природных ритмах. Так, главный цикл (продолжительностью 1460 лет) начинался с восхода звезды Сириус. Год состоял из 12 месяцев по 30 дней, 5 дней прибавлялись к последнему месяцу в конце каждого года. 12 месяцев распределялись по трем сезонам: сезону половодья (реки Нил), длившемуся с середины июля до середины ноября; сезону восходов (с середины ноября до середины марта); сезону засухи.
В настоящее время во всех цивилизованных странах используется григорианский календарь. Это солнечный календарь, разработанный врачом и математиком Л. Лилио и введенный папой римским Григорием XIII в 1582 г. Средняя продолжительность года в этом календаре – 365,2425 суток, что дает ошибку в одни сутки за 3300 лет. С 5 октября 1582 года (с 15 октября по григорианскому календарю) расхождение между старым (юлианским) и новым стилем составляло 10 суток, а с марта 1900 г. – уже 13 суток. В России григорианский календарь введен 1 февраля 1918 г. (14 февраля по григорианскому календарю).
Во многих мусульманских странах принят лунный календарь, базирующийся на смене фаз Луны, – новолуние; нарождающаяся Луна (серп повернут рожками влево); неполная Луна; полнолуние; снова неполная Луна; убывающая Луна (серп повернут рожками вправо). Период между двумя новолуниями (29,5 суток) – лунный месяц. В календарном месяце лунного календаря чередуются 29 и 30 дней. 12 календарных месяцев составляют лунный год продолжительностью 354 суток, то есть короче солнечного на 11 суток. Начало лунного года отодвигается на все более ранние даты солнечного календаря.
7.3. Зональные комплексы
На поверхности Земли можно выделить 11 зональных комплексов с границами, приблизительно параллельными экватору.
На формирование зон влияют три основные причины: положение Земли по отношению к Солнцу, особенности перераспределения тепла и влаги по поверхности Земли с воздушными и океаническими течениями и конфигурация океанов и континентов.
Неравномерная освещенность земной поверхности солнечными лучами является главной причиной образования зон. Она зависит от угла падения солнечных лучей и длительности освещения территории. Таким образом, глобальная система работает как тепловая машина, принимая солнечное излучение, преобразуя его в тепло и перераспределяя тепло по всей поверхности Земли. Поскольку Земля вращается не только вокруг Солнца, но и вокруг своей оси, потоки воздуха в тропосфере и океанические течения приобретают момент вращения и формируют вертикальные (перпендикулярные поверхности Земли) и горизонтальные (параллельные поверхности Земли) круговороты.
На формирование зон влияет также конфигурация континентов и океанов. В океанах зоны размещены более равномерно, поскольку вода выступает как достаточно однородная субстанция, выравнивающая температурные различия. На континентах границы зон зависят от рельефа местности и удаленности участков от океанов. Например, в горных районах отмечается так называемая вертикальная зональность, распространяющаяся и на примыкающие территории (как в Северной и Южной Америке), а значительное удаление участков от океанов приводит к увеличению внутрисуточных и межсезонных температурных контрастов (усиление «континентального» климата).
Помимо распределения тепла огромное значение для живой природы и человека имеет распределение влаги. Оно подчиняется тем же зональным закономерностям, однако имеет свои причины и особенности.
Насыщение воздуха водяным паром происходит в жарком поясе (экватор и тропики) над водной поверхностью. Однако выпадение осадков, обеспечивающих главный источник влаги для флоры и фауны, зависит от условий конденсации водяного пара. Эти условия существуют при восходящих потоках насыщенного водяными парами теплого воздуха, остывающего при подъеме (условия экватора, наветренных склонов гор, атмосферных фронтов в умеренных широтах и др.). Общим правилом является обильное выпадение осадков в районах с низким атмосферным давлением (восходящие потоки воздуха) и небольшое количество осадков в районе с высоким давлением.
7.4. Комплексные природные зоны
Наложение природных поясов друг на друга и приводит к формированию комплексных природных зон, отличающихся сочетанием температурных условий (жаркий, умеренный, холодный) и влажности, или климатических зон. В том случае, когда количество осадков превышает их испарение, формируется гумидная (влажная) зона. Когда количество осадков примерно равно испарению, формируется равновесная зона, и, наконец, в случае превышения испарения над осадками формируется аридная (сухая) зона.
От экватору к полюсу они идут в следующем порядке.
1. Тропический пояс лежит между тропиками, по обе стороны от экватора, и занимает около 40 % земной поверхности (в этом поясе Солнце по одному разу в год (в дни солнцестояния) бывает в зените над каждым из тропиков).
1) жаркая влажная зона (избыток тепла и влаги) – от 0° до10° с. ш. ию.ш.;
2) жаркая равновесная зона (избыток тепла, равновесие влаги) – от 10° до20° с. ш. и ю. ш.;
3) жаркая аридная зона (избыток тепла, дефицит влаги) – от 20° до40° с. ш. ию.ш.
2. Два умеренных пояса (Северный и Южный) расположены между тропиками и полярными кругами. Солнце в них никогда не бывает в зените. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Четко выражены четыре времени года. Умеренные пояса занимают 52 % земной поверхности:
1) умеренная равновесная зона (равновесие тепла и влаги) – от 40° до50° с. ш. и ю. ш.;
2) умеренная гумидная зона (равновесие тепла, избыток влаги) – от 50° до70° с.ш. ию.ш.
3. Два полярных пояса (Северный и Южный) – к северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярного круга – характеризуются наличием полярных дней и ночей. Их площадь – 8 % земной поверхности:
полярная зона (нехватка тепла, избыток почвенной влаги и сухой воздух) – от 70° до90° с. ш. ию.ш.
Поскольку жаркая влажная зона распространяется по обе стороны от экватора, а остальные пять зон расположены симметрично в Северном и Южном полушариях, общее количество зональных структур составляет 11. К ним необходимо добавить горные районы, где зональность соответствует не только широтному положению территории, но и высоте гор, экспозиции склонов и наветренному (подветренному) положению склонов и хребтов. Необходимо отметить, что границы зон неустойчивы. В зависимости от изменения космических факторов, а также динамики подсистем неживой и живой природы распределение температур и влаги на поверхности Земли меняется и границы зон трансформируются. В далеком прошлом известны периоды, когда большую часть суши занимали влажные леса (350 млн лет назад) или обширные пустыни (280 млн лет назад). Даже в период существования человека на Земле (4 млн лет) границы зон резко изменялись в связи с крупными материковыми оледенениями. Изменения границ природных зон оказали прогрессивное влияние на древнего человека, который был вынужден приспосабливаться к изменениям климата и экосистем, использовать пещеры, огонь, шкуры, орудия труда, одомашнивать животных и растения и т. д.
В настоящее время на изменение границ влияют не только космические факторы или процессы в неживой природе, но главным образом хозяйственная деятельность общества. Так, потепление климата смещает границы всех зон к Северному и Южному полюсам, а вырубка лесов и сельскохозяйственное использование равновесной зоны приводит к расширению аридной зоны со скоростью до 24 км2 в час, или 21 млн га в год. Результатом процесса опустынивания может стать расширение аридной зоны с 50 млн км2 до 80 млн км2, что составит 62 % всей суши, пригодной для существования общества.
7.5. Понятие о литосфере
Внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Литосфера (от греч. lithos – камень и sphaire – шар) – это верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера составляет в среднем от 70 до 250 км (рис. 7.4).