Главная | Обратная связь

Периодический закон географической зональности

Открытие В.В. Докучаевым географических зон как целостных природных комплексов было одним их крупнейших событий в истории географической науки. После этого на протяжении почти полувека географы занимались конкретизацией и наполнением этой закономерности: уточнялись границы зон, делались их подробные характеристики, внутри зон выделялись подзоны и т.д.

Принципиально новый вклад в решение проблемы зональности был сделан АА. Григорьевым и М.И. Будыко (1956), которые подвели под явление зональности физический и количественный базис и сформулировали периодический закон географической зональности, лежащий в основе структуры ландшафтной оболочки.

Закон гласит: со сменой физико-географических поясов ландшафтные зоны и их самые общие свойства периодически повторяются.

Согласно А.А. Григорьеву и М.И. Будыко, он отражает реально существующую дифференциацию ландшафтной оболочки на природные зоны, в основе которой лежат различные суммы приходящего радиационного тепла и атмосферной влаги. Это положение было формализовано при помощи введения радиационного индекса сухости:

K₁ = R/LO,

где K₁ – радиационный индекс сухости,

R – годовой радиационный баланс,

L – скрытая теплота парообразования,

О – годовая сумма осадков.

Этот индекс показывает отношение полезного запаса радиационного тепла к тому количеству тепла, которое нужно затратить, чтобы испарить все атмосферные осадки в данном месте. Вычисленные коэффициенты наглядно показывают, что соотношение тепла и влаги может быть одинаковым в разных географических поясах (схема 1).

Установленная законом периодичность проявляется в том, что величины К₁ меняются в различных природных зонах от 0 до 4-5. Трижды между полюсами и экватором радиационный индекс сухости близок к 1. Этим значениям соответствует наибольшая продуктивность ландшафтов.

3.1.3. Главные закономерности зональной дифференциации
земной поверхности

Широтная зональность сказывается буквально на всех компонентах ландшафта. Однако степень ее проявления в разных компонентах ландшафта неодинакова и распределяется по убывающей в таком порядке: климат – растительность – животный мир – почвы – воды – рельеф – горные породы. Рассмотрим основные закономерности зонального распределения природных процессов и компонентов:

1) зональность радиационного баланса;

 

Первым непосредственным результатом зонального распределения лучистой энергии Солнца является зональность радиационного баланса земной поверхности, вследствие чего отчетливо выделяются экваториальный, тропические, умеренные и полярные и др. географические пояса (всего 13).

Поступление солнечной радиации уменьшается от экватора к полюсам. В идеальном варианте – в соответствии со следующей закономерностью:

S = S₀ cos a,

где S – количество солнечной радиации, поступающей к земной поверхности на конкретной широте;

S₀ – количество солнечной радиации, поступающей на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам;

а – широта места.

Теоретически следовало бы ожидать, что радиационный баланс максимален на экваторе, но этот максимум смещается на пространство между 20 и 30° с.ш. Причина: на этих широтах атмосфера наиболее прозрачна для солнечных лучей. А над экватором в атмосфере много облаков, которые задерживают, рассеивают и поглощают коротковолновую радиацию.

2) зональность теплового баланса;

 

Вся лучистая энергия, которая достигает Земной поверхности, преобразуется в тепловую энергию. Основная закономерность в распределении тепла по земной поверхности – зональность – позволяет выделить тепловые (температурные) пояса. Выделяют семь тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза.

Тепловые пояса не совпадают с поясами освещения, образующимися по астрономическим законам, т.к. тепловой режим зависит не только от освещения, но и от ряда других факторов (схема 2).

Схема 2. Зональное распределение тепла на земной поверхности

Границами тепловых поясов являются изотермы. По обе стороны от экватора, приблизительно до 3° с.ш. и ю.ш., находится жаркий пояс, ограниченный годовой изотермой +20 ⁰С (ареал распространения дикорастущих плодоносящих пальм. В средних широтах находятся умеренные температурные пояса, ограниченные изотермами +10 ⁰С самого теплого месяца. С этими изотермами совпадает граница распространения древесных растений. Два холодных пояса лежат между изотермами +10 ⁰С и 0 ⁰С. Они в общих чертах совпадают с зонами тундр. Вокруг полюсов находятся пояса вечного мороза, в которых температура любого месяца ниже 0 ⁰С. Здесь лежат вечные снега и льды.

3) зональность воздушных масс и циркуляции атмосферы;

 

Важнейшие следствия неравномерного широтного распределения тепла – зональность воздушных масс и циркуляции атмосферы.

Под влиянием неравномерного нагрева и испарения формируются воздушные массы. Они различаются по плотности, влагосодержанию, температурным свойствам. Выделяют четыре основных зональных типа воздушных масс:

• экваториальные (теплые и влажные);

• тропические (жаркие и сухие);

• бореальные (прохладные и влажные);

• арктические или антарктические (холодные и сухие).

Неодинаковый нагрев и вследствие этого различная плотность воздушных масс вызывают их перемещение – циркуляцию (схема 3). Если бы Земля не вращалась, то нагретый воздух поднимался бы вверх от приэкваториальных широт и растекался к полюсам. То есть в северном полушарии постоянно дули бы северные ветры, а в южном – южные. Но отклоняющее действие вращения Земли (сила Кориолиса) вносит в эту схему существенные поправки. В результате в тропосфере образуется несколько циркуляционных зон:

• экваториальная (низкое давление, штили);

• тропическая (высокое давление, восточные ветры);

• умеренная (пониженное давление, западные ветры);

• полярная (высокое давление, восточные ветры);

еще по три переходных зоны – субарктическая, субтропическая, субэкваториальная. Всего 13 циркуляционных зон.

Схема 3. Распространение давления и ветров на земном шаре

4) зональность увлажнения;

 

С зональностью циркуляции атмосферы тесно связана зональность увлажнения. Зональность распределения осадков имеет некоторую специфику: существует три максимума и четыре минимума (схема 4).

Однако количество выпадающих осадков еще не определяет условий увлажнения. Так, в заболоченной тундре и в пустынях Средней Азии выпадает около 200 мм осадков. Для оценки условий увлажнения надо учитывать не только выпадающие осадки, но и испаряемость – максимально возможное испарение, которое определяется температурой. Испаряемость не тождественна испарению, то есть фактически испарившейся величине влаги. На суше, испарение всегда меньше испаряемости.

В 1905 г. Г.Н. Высоцкий впервые ввел показатель климатического увлажнения (К₂) для характеристики природных зон европейской России. Этот коэффициент (по Н.Н. Иванову) равен отношению количества осадков (О) к испаряемости (И_о), т.е. определяется широтностью как термических условий, так и циркуляционных особенностей атмосферы.

Выделяют следующие зоны увлажнения:

• (К₂ > 1) – избыточного увлажнения – лесные ландшафты разных типов;

• (К₂ около 1) – нормального увлажнения – лесостепи, саванны;

• (К₂ < 1) – недостаточного увлажнения – сухие степи, полупустыни и пустыни.

Схема 4. Зональность распределения атмосферных осадков

5) зональность гидрологических процессов;

 

Формы гидрологической зональности разнообразны. Зональность теплового режима вод в связи с общими особенностями распределения температуры по Земле очевидна. Зональными чертами обладает минерализация подземных вод и глубина их залегания. В тундре и экваториальных лесах подземные воды ультрапресные и близко залегают к дневной поверхности. В аридных районах (сухих степях, полупустынях и пустынях) подземные воды – солоноватые и соленые, глубокого залегания. Зональными также являютсякоэффициент стока, соотношения между разными видами стока, режим рек и их питание.

 

Коэффициент стока:

• тундра – 0,75;

• тайга – 0,65;

• зона смешанных лесов – 0,3;

• лесостепи – 0,17;

• степи и полупустыни – от 0,06 до 0,04.

 

Зональны соотношения между разными видами стока:

• в ледниковом поясе (выше снеговой линии) сток имеет форму движения ледников и лавин;

• в тундре преобладает почвенный сток;

• в тайге – грунтовый сток;

• в степях и полупустынях – поверхностный сток;

• в пустынях стока нет.

 

Также зонален режим рек и их питание.

В экваториальном поясе – речной сток круглый год обильный (Амазонка, Конго).

Для тропиков и субтропиков (восточные окраины) – летний сток (преобладание летних осадков) (Ганг, Меконг, Янцзы, Замбези, Парана).

В умеренном и субтропическом поясе для западных окраин существует 4 режима стока:

1) в Средиземноморье – зимний сток;

2) на реках Британских островов, Франции, Бельгии, Нидерландов,Дании – преобладание зимнего, но при сильном испарении летом;

3) восточная часть Западной Европы и Южная Европа, США – преобладание весеннего дождевого стока;

4) Восточная Европа, Сибирь, север США, юг Канады, югПатагонии – преобладание весеннего снегового стока.

В бореальном субарктическом поясе летом на реках снеговое питание, зимой стока нет (северные окраины Евразии и Северной Америки).

В высокоширотном поясе вода весь год в замерзшем состоянии (Антарктида, Арктика).

6) геохимическая зональность;

 

Ярким отражением влияния зональности на геохимические процессы является распределение типов коры выветривания, характер почвообразования.

• В арктической пустыне преобладает физическое выветривание – морозное. В коре почти нет глин, и она состоит из малоизмененных первичных материалов.

• В тундре из-за низких температур деятельность микроорганизмов мала, поэтому биологический круговорот не интенсивен, наблюдается ослабленная минерализация органических остатков. Подвижными химическими элементами являются H и Fe.

• В лесной зоне морозное выветривание затухает, сильнее становится химическое выветривание. Кора состоит из глинообразных и железистых продуктов (Al₂O₃, Fe₂O₃). Влага перемещается по почве вниз и удаляет щелочи и щелочные земли. Почвы – кислые подзолистые, в горизонте Е накапливается SiO₂, а Al₂O₃, Fe₂O₃ вынесены в нижележащие горизонты. В выветривании велика роль гуминовых кислот. Распространенные элементы – H, Al, Fe, Si. В дефиците Co, J, F, Mo.

• В степной зоне кора сиаллитно-карбонатная, сложенная лессовидными продуктами. К распространенным элементам относится Na, Ca, Mg. Круговорот атомов быстрый, при разложении органики образуются гумусовые, угольная кислоты, нейтрализующиеся Ca. Поэтому почвы (черноземы) не обладают кислой реакцией.

• В полупустынях умеренного пояса происходит накопление Ca, Na, Mg, K. Растворы слабощелочные и нейтральные.

• В пустынях господствует физическое выветривание (дефляция), химическое из-за недостатка влаги подавлено. Почвенная влага движется вверх, и в коре накапливаются соли Na, Ca, Mg.

• Во влажных тропиках и субтропиках очень сильно идет и физическое, и химическое выветривание. Из почв вымываются и переходят в воду Na, Ca, K, Cl, S, Mg. Малоподвижные Fe, Al, Ti образуют коллоидные остатки, которые остаются в коре (сиаллитно-ферритная и аллитная), придавая ей ярко-красный цвет.

7) зональность рельефа;

 

Встречаются утверждения, что в рельефе земной поверхности зональность не проявляется. Рельеф в этом отношении не составляет исключение. Все процессы, связанные с прямым или косвенным участием солнечной энергии (выветривание, деятельность ледников, ветра, текучих вод и т.д.) имеют зональный характер.

В арктических и антарктических пустынях существуют специфические формы рельефа – нагорные ледниковые равнины, ледниковые шапки, потоки, снежные заструги.

Для тундр специфичны термокарстовые впадины, бугры пучения.

В заболоченной таежной зоне – гряды (гривы) и межгрядовые понижения.

В степях – овраги, балки, просадочные солончаковые западины.

В полупустынях и пустынях – эоловые формы разных типов: дюны, барханы; котловины выдувания.