Развитие географической оболочки. История развития географической оболочки

Добиогенный этап

Биогенный этап

Антропогенный этап

2. Антропогенные изменения географической оболочки в современное время: формирование техносферы

Основные этапы развития географической оболочки: добиогенный, биогенный, антропогенный

Географическая оболочка Земли и входящая в нее ландшафтная сфера находятся в непрестанном изменении и развитии. Одной из важнейших причин этого развития Л.А. Григорьев считает процесс постоянного обмена веществом и энергией между компонентами географической оболочки, между географической оболочкой и внешним миром.

В развитии географической оболочки и ландшафтной сферы можно выделить три основных этапа.

I этап - абиогенный - период с момента образования земной поверхности до появления жизни. Он охватывает допалеозойское время в истории Земли (архейскую и протерозой скую эры). Это время становления географической оболочки и зарождения ее биологического фокуса – ландшафтной сферы. Состав отдельных компонентов географической оболочки и ее вертикальные границы были тогда иными, чем сейчас. Поэтому говорить о географической оболочке в современном ее понимании в то время неправомерно. Первоначально существовало лишь два исходных компонента - горные породы и солнечная радиация, взаимодействие между которыми проявлялось в поглощении и отдаче горными породами тепла, а также в некоторой аккумуляции солнечной радиации поверхностными и, возможно, более глубокими слоями. Важнейшую роль в жизни планеты сыграло появление атмосферы и воды.

В первичной атмосфере господствовали восстановительные условия, в ней преобладали водород и гелий при низком содержании кислорода и относительно высоком содержании углекислоты. Образование водяного пара могло осуществляться двумя путями: за счет выделения из недр и в результате реакции водорода с двуокисью углерода, который наряду с другими газами также выделялся из недр. С появлением воды (с низкой соленостью) возникают моря, океаны, внутренние водоемы, развиваются круговорот воды, эрозионно-аккумулятивные и другие процессы. Покров осадочных пород имел очень небольшую мощность. По-видимому, под действием солнечной радиации водяной пар разлагался на водород и кислород. Однако подавляющая часть кислорода тратилась на окисление аммиака в азот и воду и на окисление метана СН 4 в СО 2 и воду. Таким образом, свободного кислорода в атмосфере практически не было и окисления химических соединений не происходило.

Жизнь в наиболее примитивных ее проявлениях возникла, очевидно, еще в архее, но воздействие ее на ландшафтную сферу и тем более географическую оболочку в целом было ничтожным. Даже к концу добиогенного этапа на суше обитали лишь бактерии и водоросли, поэтому ландшафтной зональности в современном представлении тогда не было, как и не было развитого почвенного покрова.

II этап -биогенный - включает палеозой, мезозой и значительную часть кайнозоя (палеоген, неоген). Моря и сушу завоевывают растения и животные, состав и строение которых все более усложняется с течением времени. С начала палеозоя биологический компонент оказывает решающее влияние на состав и структуру географической оболочки. Благодаря живым организмам возросло содержание кислорода в атмосфере, более энергично пошел процесс накопления осадочных пород, сформировались почвы - этот важнейший компонент ландшафтной сферы. Жизнь, по словам В.И. Вернадского (1926), «теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать».

С появлением жизни как формы существования материи зародилась полноценная географическая оболочка – сложная, качественно своеобразная материальная система. Ландшафтная сфера в этот второй период приобрела зональную структуру, тип которой неоднократно менялся на протяжении палеозоя и мезозоя.

В развитии географической оболочки второго этапа можно выделить два наиболее крупных подэтапа - доантропогенный и антропогенный , качественные различия которых предопределяются воздействием разумного человека на природные процессы.

А) Доантропогенный подэтап . По современным представлениям жизнь возникла около 3 млрд. лет назад и в горных породах того возраста сохранились остатки примитивных бактерий. О появлении жизни в то время свидетельствует также наличие известняков, железистых кварцитов и других пород, возникновение которых связывают с жизнедеятельностью организмов.

Органическая жизнь первоначально, по-видимому, была сосредоточена в мелководной прибрежной, хорошо освещенной полосе морей и океанов. Уже в протерозое в водоемах и на суше значительное развитие получили бактерии, сине-зеленые и меньше красные водоросли, а к концу протерозоя сформировались все типы беспозвоночных животных. Появление жизни - крупнейший эволюционный скачок в развитии, планеты, когда организмы стали великим, постоянным и. непрерывным нарушителем химической косности нашей планеты. Они участвовали в образовании многих осадочных пород и руд, с их помощью атмосфера из восстановительной постепенно стала окислительной.

Для первой половины палеозоя в целом характерна псилофитная флора - травянистые или деревянистые растения, переходная группа между водорослями и папоротникообразными. В животном мире в кембрийское время господствовали археоциаты, появились трилобиты, древнейшие панцирные рыбы, в ордовике развивались кораллы, головоногие ортоцератиты, в силуре появились первые жители суши - скорпионы и многоножки. Большим разнообразием отличалась органическая жизнь девона и карбона. Широко развитые в девоне псилофиты к концу периода вымерли и уступили место древовидным хвощам, плаунам, папоротникам (архиоптерисовая флора), которые достигли расцвета в карбоне. Зеленые растения, обогащая, атмосферу свободным кислородом, создали благоприятную среду для быстрой эволюции животных. Вслед за пышным развитием архиоптерисовой флоры началось быстрое развитие земноводных и пресмыкающихся, представленных звероподобными рептилиями. В пермский период в результате большей сухости флора приобрела ксерофильный облик, господство начали завоевывать голосемянные. Богатый животный мир был представлен крупными фораминиферами, морскими ежами и лилиями, хрящевыми рыбами, земноводными и пресмыкающимися.

В мезозойскую эру появились первые млекопитающие, предки птиц (триас), в мелу началось обеднение голосемянных, появились и широко развились покрытосемянные. Непрерывное, поступательное развитие органической жизни, переход от одних форм к другим, от низших к высшим характерен и для кайнозойской эпохи.

Непрерывному изменению состава и структуры подверглась литогенная основа географической оболочки. Первоначально земная поверхность представляла сплошную геосинклиналь, а в дальнейшем соотношение площадей платформ и геосинклинальных областей менялось следующие образом по подсчетам М.С. Точилина (1960; Юренков, 1982; табл. 1).

Таблица 1 – Соотношение площадей платформ и геосинклинальных областей Земного шара

Одновременно литогенная основа пополнялась веществом за счет внедрения изверженных масс и поступления его из космического пространства; увеличивалась масса осадочных пород, происходили и другие изменения.

На протяжении геологической истории сильно менялось положение полюсов Земли. Согласно П.С. Хромову, в протерозое Северный полюс находился в центре Северной Америки, откуда мигрировал на юго-запад и в кембрии располагался в середине Тихого океана. Уже в палеозое полюс переместился на северо-запад и достиг в триасе побережья Охотского моря, затем начал смещаться к северо-востоку. В неогене он мигрировал по Северному Ледовитому океану в направлении к Гренландии и в антропогене занял современное положение.

Взаимодействие всех непрерывно, поступательно развивающихся компонентов географической оболочки предопределяло постоянное ее изменение во времени и пространстве как целостной материальной системы, естественно-историческое усложнение ее территориальной дифференциации. С полным основанием можно говорить о наличии природных зон в карбоне, перми и других периодах. Так, в пределах Евразии в среднем и верхнем карбоне существовали три климатические зоны с характерной для них растительностью. По данным Н.М. Страхова (1962; Юренков, 1982) неширокой полосой от Молого-Шекснинской низменности через Южный Урал, Тургай, к Заилийскому Алатау протягивалась засушливая; зона, которая сильно расширилась к перми; севернее ее располагалась умеренно влажная (тунгусская) зона с растительным покровом из древовидных плауновых, каламитов, а в перми к ним присоединились гинкговые; к югу от аридной зоны располагалась тропическая влажная зона с пышной вестфальской растительностью из крупных каламитов и кордаитов, лепидодендронов, сигиллярий, древовидных плаунов, папоротников, хвощей и др.

Зонально-провинциальные различия природы еще больше проявились в мезозойское время. Согласно А. А. Борисову (1965; Юренков, 1982), в пределах территории России на протяжении всей мезозойской эры существовали три климатические зоны. В триасе на севере Дальнего Востока выделялась субарктическая зона, северную половину европейской части и север Сибири занимала умеренно теплая континентальная, а на юго-западе располагалась тропическая зона, которая затем сменилась влажной субтропической. Эти же зоны, но несколько иного простирания, отмечались в юре и мелу. К концу мела произошла дифференциация субтропической зоны на влажные субтропики (современный Крым, Черное море, Кавказ, юг Каспия) и сухие (территория Средней Азии).

В палеогене происходила дальнейшая дифференциация природных условий. Юг Русской равнины занимала субтропическая (полтавская} зона с растительностью из вечнозеленых пальм, мирты, фикусов, лавров, дубов, древовидных папоротников, секвой, болотных кипарисов, широколиственных листопадных (тополь, грецкий орех и др.). К северу от широты Волгограда простиралась умеренная теплая тургайская зона с господством листопадных широколиственных древесных и кустарниковых пород с участием хвойных (ель, тис и др.) и мелколиственных (береза, крушина и др.) пород.

Как отмечают многие исследователи, динамичность всех природных процессов усиливалась с возрастом Земли, от одной геологической эпохи к другой. Наибольшей эволюционной изменчивостью обладают природные зоны, расположенные в более высоких широтах. Природные зоны более низких широт обнаруживают относительно большую устойчивость, более консервативны.

Интенсивные горообразовательные движения в неогене, резкое увеличение площади суши и сокращение морских бассейнов, быстрое смещение полюсов и другие факторы обусловили усиление континентальности климата, дальнейшую дифференциацию природных условий. С территории нынешней России отступила палеогеновая полтавская флора, а ее место заняла листопадная тургайская. В миоцене-плиоцене в Средней и Восточной Сибири формировались ядра новой фитогеографической области, где получили господство сосна, ель, пихта, лиственница. Усиление континентальности обусловило в Средней Азии смену лесных биоценозов степными и пустынными. С похолоданием климата хвойные леса из Средней Сибири продвинулись на север Восточно-Европейской равнины, на юге они сменились лиственными лесами. К плейстоцену тургайская флора почти полностью мигрировала в убежища, на территории Евразии существовали все природные зоны, за исключением зон арктических пустынь и тундровой, но очаги тундровой растительности на севере и в горах Сибири к этому времени уже существовали. Тундровая зона сформировалась в позднем плейстоцене (гляциоплейстоцене), современное свое положение она заняла в конце голоценового и поэтому является самой молодой из природных зон.

Наибольшей динамичностью всех природных процессов по сравнению с остальными периодами Земли характеризовалось четвертичное время. В период неоднократных плейстоценовых оледенений происходило сокращение площадей, занятых лесом, перед краем наступавших ледников формировалась своеобразная холодная «лесостепь» (перигляциальная зона), которая включала в себя группировки лесной, степной и элементы формирующейся тундровой растительности. Спускавшиеся горные ледники теснили книзу в предгорья лесную растительность, ее место занимали представители формирующихся альпийских комплексов. В межледниковые эпохи природные зоны и высотные пояса стремились занять свои прежние положения. Вместе с зональными видами растительного мира к северу продвигались и не свойственные этим зонам представители. Так, вследствие переселений в лесной и тундровой зонах в альпийском поясе гор появились степные представители - Центрально-якутские, Яно-Оймяконские, Колымские и другие луго-степи, сохранившиеся и до настоящего времени. Их существование здесь в настоящее время вполне соответствует современным экологическим особенностям этих территорий. Все эти перемещения способствовали перемешиванию различных видов растительного и животного мира, дальнейшему усложнению морфоструктуры географической оболочки.

Б) Антропогенный подэтап - III этап - отвечает четвертичному периоду (антропогену, или плейстоцену и голоцену).В это время географическая оболочка Земли становится местом обитания - географической средой - человека, ареной его хозяйственной деятельности. За сравнительно короткий промежуток времени географическая оболочка оказалась под сильнейшим воздействием человека. Особенно большие изменения, связанные с деятельностью человека, произошли в структуре и строении ландшафтной сферы. Девственный растительный покров многих географических зон нарушен человеком или полностью замещен культурной растительностью; вследствие распашки земель резко возросли эрозионные процессы; плотины электростанций изменили режим рек.

Современный облик ландшафтной сферы есть в значительной мере результат хозяйственной деятельности человека. Именно этот современный облик ландшафтной сферы, в сильной степени преоразованный человеком, и составляет объект исследований ландшафтоведческой науки.

В своей практической деятельности человек выходит далеко за пределы ландшафтной сферы, а отчасти переходит и за пределы географической оболочки. Однако преобразующее воздействие его пока ограничивается в основном рамками ландшафтной сферы.

С появлением человека разумного (Homo sapiens) географическая оболочка вступила в качественно новый этап своего развития, в котором принято выделять четыре основных периода:

1)древнейший (верхний палеолит) - 40-10 тыс. лет назад;

2)древний (мезолит, неолит, бронзовый век) - 10-3 тыс. лет. назад;

3)новый (железный век, историческое -время) - 3 тыс.- 30 лет назад;

4)новейший - с середины 40-х годов XX в. до наших дней.

Первые периоды антропогенного этапа характеризовались сравнительно незначительным воздействием человечества на географическую оболочку. В древнейший период это воздействие проявлялось главным образом в постепенном освоении новых территорий, в количественном изменении некоторых видов растительного и животного мира. Более существенное и разнообразное влияние оказывало человечество на природные процессы во второй, древний период в связи с возникновением скотоводства и земледелия, с активным вмешательством человека в такие компоненты природной среды, как почва, растительный покров. Первыми антропогенными урочищами, созданными человеком в этот период, стали курганы - могильники, сохранившиеся до наших дней. Обработка почвы, пастьба домашнего скота явились причиной.усиления эрозионных процессов, качественного изменения растительных сообществ, смены одних ценозов другими.

Вместе с тем нельзя забывать о поступательном общенаправленном развитии географической оболочки и недооценивать естественно-исторические процессы этого времени.

В послеледниковое время (голоценовое межледниковье) (с 10300 лет до нынешнего этапа) также были значительные колебания климатических условий, особенно в высоких широтах. Это подтверждается данными палинологических анализов отложений озер и болот (Нейштадт, 1957; Еловичева, 2001). Так, в отложениях древнего голоцена (арктический и субарктический периоды - 14000-10300 лет назад) на территории Беларуси отмечалось последовательное преобладание пыльцы сосны и березы при большой роли трав (раунисский интерстадиал), березы с участием сосны и ели, трав (ранний дриасовый - I стадиал), сосны и березы, трав (беллингский интерстадиал), сосны с участием березы и трав (средний дриасовый - II стадиал), ели (30-90%) с сосной и травами (аллередский интерстадиал), сосны и березы с травами (поздний дриасовый – III стадиал) при отсутствии пыльцы широколиственных пород. В раннем голоцене (пребореальный и бореальный периоды) климат стал теплее с разной степенью увлажненности. В пребореале-1 (10300-10000 лет назад) господствовала сосна, пребореале-2 (10300-9200 лет назад) - ель и сосна, бореале-1 (9200-8800 лет назад) - береза, бореале-2 (8800-8400 лет назад) - сосна с участием термофильных пород, бореале-3 (8400-8000 лет назад) - сосна и береза с елью. Средний голоцен объединяет атлантический и суббореальный периоды (8000-2500 лет назад. В атлантике (8000-5000 лет назад) отмечается максимум распространения пыльцы широколиственных пород (до 40%), ольхи и орешника. В суббореале содержание термофильных пород существенно снижается, для суббореала-1 (5000-4000 лет назад) характерен максимум сосны, а суббореалу-2 (4000-2500 лет назад) свойственны максимумы ели и сосны. В позднем голоцене (субатлантический период - 2500 лет назад - современность) растительный покров слагали хвойно-лиственные породы, наряду с участием представителей синантропической растительности. В отложениях субатлантики-1 (2500-1600 лет назад) отмечалось максимальное содержание пыльцы сосны, субатлантики-2 (1600-750 лет назад) - ели и сосны, а субатлантики-3 (750 лет назад - современность) - вновь сосны, а количество пыльцы широколиственных пород в отложениях снизилось до 5%.

Смена лесов (сукцессия растительности) в поозерском позднеледниковье и голоцене связана с изменением климатических условий, а в субатлантический период на естественный ход природных процессов уже накладываются и изменения, вызванные хозяйственной деятельностью человека. В постоптимальное время голоцена (суббореальный и субатлантический периоды) явно выражена тенденция к общему похолоданию климата на фоне кратковременных климатических колебаний в сторону некоторого его потепления и некоторому усилению жизнедеятельности широколиственных древесных пород.

Согласно В.Н. Сукачеву (1938), ельники с участием дуба и других широколиственных пород - это одна из стадий смены широколиственных лесов еловыми, но это процесс медленно идущий, и в победе ели над дубом играют роль не только ее теневыносливость, но и другие свойства, в частности влияние на почву, которое проявляется в усилении подзолистого процесса.

В.Н. Сукачёв совершенно правильно указывал, что ельники с примесью дуба и других широколиственных пород могут оставаться в течение нескольких поколений без резких изменений и даже с временными изменениями в силу случайных причин (рубка, действие вредителей, пожары) в сторону господства дуба с его спутниками. Кроме того, на фоне общего похолодания и увеличения влажности после атлантического времени отмечались и кратковременные климатические колебания в сторону некоторого потепления. Временные потепления способствовали усилению жизнедеятельности широколиственных древесных пород.

Колебания климата в течение послеледникового времени - одна из причин изменений пространственных положений ПТК. Согласно М.И. Нейштадту (1957), М.И. Лопатникову, А.И. Попову (1959), в голоцене подвергались изменениям границы природных зон.

Наиболее значительные изменения отмечались в высоких широтах, т. е. проявилась одна из важнейших закономерностей географической оболочки - большая динамичность природных условий в высоких широтах и относительный консерватизм - в низких. Как установлено, в атлантическое время лесная зона занимала нынешнюю территорию лесотундры и часть тундровой зоны, местами выходила к морям Северного Ледовитого океана. Современное положение природные зоны заняли только в позднем голоцене. Изменения климатических условий, особенно увлажненности, в последние десятилетия повлекли за собой изменение морфоструктуры ПТК, которое наиболее ощутимо сказалось в пределах территорий с близким от поверхности залеганием уровня грунтовых вод. Так, по П.С. Погребняку (1967), за истекшее сорокалетие в пределах Украинского Полесья влажные и сырые местообитания осушились примерно на один гидротоп: т. е. черничники-долгомошники превратились в черничники-зеленомошники, последние - в брусничники, а некоторые брусничники - в лишайниковые боры.

Каждый химический элемент, совершая круговорот в экосистеме, следует по своему особому пути, но все круговороты приводятся в движение энергией, и участвующие в них элементы попеременно переходят из органической формы в неорганическую и обратно.

Таким образом, важнейшее свойство потоков в экосистемах - их цикличность. Вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь в организмы, но часто в иных количествах и состояниях. Между круговоротами элементов существует тесная связь

Особенностью биогеохимических круговоротов является то, что в них участвуют не только биогенные элементы, но и посторонние, в том числе многие загрязняющие вещества (поллютанты) .

Географическая оболочка направленно развивается во времени. Однако ей свойственны ритмические …
колебания, при которых состояния геосистем периодически (с большей или меньшей правильностью в чередовании ритмов) повторяются .

Понятие о ритмах. Ритмическими процессами (ритмикой) называют повторяющиеся во времени явления, которые каждый раз развиваются в одном направлении. Это одна из закономерностей существования и развития географической оболочки, проявляющаяся в изменчивости всех процессов. Выделяют два вида ритмических движений: периодические и циклические.

Под периодами понимают ритмы одинаковой длительности (например, время оборота Земли вокруг оси или период обращения ее вокруг Солнца). Ритмы различной продолжительности именуют циклами .

Классификация ритмических движений. Колебания параметров, характеризующих свойства геосфер, обусловлены многими причинами. При их классификации удобно исходить из длительности географических процессов, изменчивость которых определяется соответствующими пространственно-временными масштабами. Среди колебаний обнаруживается достаточно циклов, продолжительность которых варьирует от нескольких сотен миллионов лет (гигациклы) до периодов случайных флуктуации длительностью в минуты, секунды и их доли .

Геологические циклы - самая крупная единица установленной периодичности. Они отразились в смене режимов осадконакопления, вулканизма и магматизма, эпохах расчленения и выравнивания рельефа, периодах формирования кор выветривания и элювиальных образований, в чередовании морских трансгрессий и регрессий, ледниковий и межледниковий, в изменении климата планеты и содержании атмосферных газов .

Сверхвековые ритмы. Продолжительность сверхвековой ритмики составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Особенно хорошо выражен ритм продолжительностью 1800- 1900 лет (например, смена влажного и засушливого климата Сахары). Согласно А. В. Шнитникову, в каждом цикле длительностью 1850 лет есть три фазы: трансгрессивная (фаза прохладно-влажного климата), развивающаяся весьма быстро и энергично, но относительно короткая - 300 - 500 лет; регрессивная (фаза сухого и теплого климата) продолжительностью 600-800 лет, которая протекает медленно и вяло; переходная, охватывающая промежуток в 700-800 лет.

Внутривековые ритмы. Многие исследователи (Г.Ф. Лунгерсгаузен, Е.В.Максимов, М.М.Ермолаев и др.) считают, что большинство наблюдаемых в природе внутривековых ритмов имеет космическое происхождение, поскольку обнаружена связь с ритмами Солнца и отдельных небесных тел. Для годовых колебаний системы атмосфера-океан-суша выделены следующие циклы, каждый из которых имеет свою природу: 111 лет, 80-90 лет, 44 года, 35-40 лет, 22 года, 19 лет, 11 лет, 6-7 лет, 3-4 года, 2 года .

Э.А. Брюкнер в 1890 г. установил, что почти везде на земном шаре климат испытывает циклические колебания со средней продолжительностью одного цикла около 30-35 лет. За это время серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих. По другим данным (уровень озер, водоносность рек и горных ледников, ледовитость, температура воздуха и др.), продолжительность ритмов может колебаться от 20 до 45 лет .

Сейсмическая активность Земли также носит ритмический характер при средней продолжительности ритмов в 22 -23 года.

Эль-Ниньо - аномальное продвижение теплых экваториальных вод южной ветви Межпассатного противотечения далеко на юг вдоль побережья Южной Америки при ослаблении юго-восточного пассата. Такие вторжения теплых вод резко меняют океанологические и метеорологические условия в прибрежных районах Перу и Чили и приводят к массовой гибели холоднолюбивых промысловых рыб, катастрофическим ливням и штормам большой силы Моменты (фазы) наступления Эль-Ниньо различны, но отмечена периодичность в 2, 4-5 и 8 лет .

При изучении этой проблемы совместно рассматриваются колебания атмосферы, называемые Южным колебанием, колебания океана, регистрируемые по его теплым фазам Эль-Ниньо и холодным - Ла-Нинья, и колебания Земли, проявляющиеся через изменения скорости ее вращения и нутацию географических полюсов. Хронология фаз Эль-Ниньо и Ла-Нинья приведены в табл 7.6. Отмеченные эффекты отражаются далеко за пределами Тихого океана и омываемых им территорий .

Нестабильность вращения Земли (изменения скорости ее вращения и колебания земной оси) порождает в океане и атмосфере полюсной прилив, который в свою очередь влияет на движения атмосферы и океана и протекающие в них процессы. Его амплитуда в океане составляет 0,5 см и зависит от величины смещения полюса .

Внутригодовая, или сезонная, ритмика проявляется в смене времен года, ходе климатических элементов, гидрологических явлениях (ледостав, ледоход, половодье), почвообразовательных и геоморфологических процессах (усиление речных врезов при увеличении расходов воды в паводки и половодья и их затишье в межень, активизация термокарста летом и его замирание зимой, изменение величины плоскостной и почвенной эрозии в разные времена года) и др. Внутримесячная ритмика, связанная с изменчивостью периода обращения Солнца, изменением фаз и склонений Луны, обусловливает соответствующие колебания атмосферных, гидрологических и биологических процессов. Внутримесячные колебания скорости вращения Земли обнаруживают периодичность в 27, 14 и 9 суток.

Внутрисуточная ритмика проявляется в изменении всех гидрометеорологических параметров (температуры, влажности, атмосферного давления), приливо-отливных явлениях, фотосинтезе, биологической активности животных и др. Нагревание горных пород днем и остывание их ночью создает суточный ритм физического выветривания. Такой же ритм присущ и процессам почвообразования .

Историю Земли подразделяют на два этапа (зона): криптозой (время скрытой жизни) и фанерозой (время явной жизни).

Фанерозой довольно хорошо изучен и на основании палеонтологических материалов, подтвержденных данными других методов, подразделен на эры, периоды и эпохи (табл. 8.1).

Криптозой изучен слабо, особенно его ранние этапы. Общепринято деление криптозоя на протерозой и архей. Время между возникновением планеты и образованием известных ныне горных пород определяют как катархей .

Фактологических данных о начальном этапе становления географической оболочки практически нет. Несомненно, что земные процессы и явления того времени происходили в условиях интенсивного космического энергетического воздействия, а также бомбардировки метеоритами и другими телами, которые относительно легко достигали земной поверхности при отсутствии существенной атмосферы. Количество твердых разноразмерных объектов в окружающем пространстве было еще значительным из-за неполной упорядоченности вещества допланетного облака. Земля как самостоятельная планета образовалась 4,5-4,7 млрд лет назад.

Предполагается, что в катархее и раннем архее вулканогенные горные породы, вероятно, основного (базальтового) состава создали первичную земную кору, закрывшую ультраосновную перидотитовую корку аккрецированной планеты со следами многочисленных метеоритных бомбардировок. Конденсация жидкостей из горячих паров скорее всего происходила вблизи земной поверхности и в толщах эффузивных образований, представленных чаще всего лавами, лаво-брекчиями и пеплами.

очевидно существование в природе двух принципиально различных типов вещества: минерального атомарно-кристаллического и живого атомарно-организменного. Коренные различия в биологической активности, даже химически одинаковых соединений, свидетельствует об их принципиальной индивидуальности и невозможности перехода минеральных неорганических и органических веществ в биоорганические живые вещества. Поэтому не следует искать на Земле следы начала жизни. Жизнь вечна и имеет свои особые формы существования.

Реконструкция состава литосферы. Наиболее древние из обнаруженных горных пород с возрастами 3,8-4,1 млрд лет известны лишь в нескольких местах: запад Австралии, юг Африки, восток Южной Америки, северо-восток Северной Америки и юг Гренландии, центр и юго-восток Азии, восток Европы и Антарктида. Наиболее типичными формированиями являются «серые гнейсы», местами подстилаемые «розовыми гнейсами», или гранулитами, с залегающими на них осадочно-вулканогенными отложениями.

Последние хорошо изучены в разрезах юга Гренландии, где они представлены серией Исуа, которая сложена амфиболитами, кремнистыми и карбонатными сланцами с прослоями обломков, полосчатыми железистыми кварцитами с точечными вкраплениями округлых образований окисленного железа, конгломератами с гальками кварцитов, карбонатно-кремнистыми и карбонатными породами. Абсолютный возраст пород серии Исуа и подстилающих их гнейсов составляет 3,8 - 3,7 млрд лет.

Результаты анализа отложений позволяют с разной степенью достоверности утверждать:

·наличие в это время на поверхности планеты воды;

·развитие эрозионно-денудационной деятельности на суше, поставлявшей обломочный материал в водоемы;

·существование разных химических условий осадконакопления, из-за чего сменялось накопление железистых, карбонатных или кремнистых осадков;

·появление свободного кислорода, о чем свидетельствуют округлые выделения окисленного железа, что некоторыми исследователями связывается с присутствием фотосинтезирующих организмов;

·вкрапления могут быть остатками первичных организмов гетерогенного типа, названных исуасферами;

·наличие остатков живых организмов требует признания более раннего существования автотрофной жизни;

·начало осадконакопления, видимо, происходило одновременно с остыванием формирующейся земной коры и изменением горных пород (метаморфизмом);

·произошла смена состава атмосферы - окончательно исчезла остаточная и возникала первичная земная углекислого состава, что подтверждается химизмом горных пород, изменением степени метаморфизма, спецификой жизнедеятельности;

·к моменту начала накопления осадков на Земле уже существовала жизнь в достаточно развитой форме.

О наличии жизнедеятельности уже на первых порах развития земной коры свидетельствует факт установления в породах черно-сланцевой формации углерода биоорганического происхождения. Предполагают, что уже 3,2-3,5 млрд лет назад при образовании мощных (до нескольких сотен метров) толщ углистых сланцев почти половина слагающего их углерода возникла за счет гибели живых организмов и углефикации их вещества. Трудно представить необходимое количество микроорганизмов с массой в сотые и тысячные доли грамма, но то, что окружающая среда позволяла им осуществлять активную деятельность, несомненно. Таким образом, еще раз хочется отметить прозорливость В. И. Вернадского и согласиться с его выводом о том, что исследование земного материала не указывает на наличие такого времени, когда не было живого вещества. В геологическом смысле жизнь вечна.

Реконструкции состава атмосферы. Очевидно, что первичная атмосфера, вначале постепенно, а затем относительно быстро (в геологическом масштабе времени) стала замещаться вторичной, где уже преобладали азот и кислород в свободном состоянии. С начала фанерозоя (570 млн лет назад) до середины девонского периода концентрация кислорода составляла меньше половины современной (рис. 8.3). В конце девона - карбоне - вероятно, в связи с интенсивным вулканизмом и бурным развитием наземной растительности, содержание кислорода резко увеличилось, превысив даже современный уровень. На протяжении позднего палеозоя наблюдается снижение содержания О2, достигшее минимума на границе перми и триаса. В начале юрского периода отмечено его резкое увеличение, превысившее современный уровень в 1,5 раза. Такая ситуация существовала до середины мела, когда произошло снижение концентрации О2до современного уровня.

Газовый состав атмосферы, гидросферы и литосферы часто считают функцией лишь жизнедеятельности организмов, главным образом процесса фотосинтеза. Но это не единственный, а подчас, видимо, и не главный источник. При дегазации недр поступают не меньшие количества различных газов, в том числе мантийного кислорода с иным, чем у фотосинтетического, соотношением изотопов. Сравнение содержаний кислорода и диоксида углерода в разные эпохи фанерозоя показывает их сходный характер, что не может быть объяснено фотосинтезом, в процессе которого диоксид углерода расходуется на формирование органического вещества и при этом выделяется избыток свободного кислорода. Если же учесть совпадение эпох повышенных концентраций кислорода и диоксида углерода с периодами орогенеза, тектонических движений и трансформаций земных недр, то их источник становится очевидным. С течением времени в земной атмосфере происходило уменьшение количеств диоксида углерода при возрастании содержаний азота и кислорода, но процесс этот не был постепенным, а носил скачкообразный характер, обусловленный ритмичным проявлением природных процессов.

Реконструкция гидросферы. Установлено, что первичные воды были кислыми из-за активных вулканических процессов и углекислого состава атмосферы, поставлявшей основные осадки. Пресные воды появились позднее, очевидно, в результате резких климатических изменений - ледниковых периодов и межледниковых эпох (рис. 8.4 и табл. 8.2). Одним из самых спорных остается вопрос об объеме земных вод. Очевидно, что изначально не могло возникнуть такого огромного количества воды - не было источника. Кроме того, все первичные водоемы докембрия носили эпиконтинентальный характер - это залитая водой бывшая суша. Современные материалы о строении дна океанов свидетельствуют об их возникновении только с середины мезозойского времени (180-200 млн лет). Довольно убедительны доказательства о происхождении их за счет раздвигания земной коры по зонам рифтогенных разломов с внедрением мантийного вещества основного и ультра-основного составов и одновременным заполнением водами, как атмосферного, так и глубинного генезиса. Процесс продолжается до настоящего времени (рис. 8.5). Для некоторых океанов, например Атлантического, характерно симметричное расположение пород одного возраста относительно центральной зоны срединно-океанического хребта, для других, например, Тихого - более сложное.

Реконструкция органического мира. Быстрое развитие органического мира началось в конце протерозоя - начале палеозоя (хотя наиболее древние следы жизни почти ровесники осадочных пород). В ордовике появились первые представители позвоночных животных - панцирные рыбы. В силуре растения и животные вышли на сушу, с чем связывают увеличение содержания кислорода в атмосфере, достигшее половины его современного уровня. Произошло оформление озонового слоя, который стал защищать приповерхностные слои Земли от жесткого солнечного и космического излучения. Появление озонового слоя и его роль в жизнедеятельности организмов намного сложнее, чем обычно считается. Во-первых, доказано, что многие организмы, особенно простейшие практически не реагируют на космическое излучение. Во-вторых, в геологических разрезах обнаружены следы достаточно развитых палеопочв с возрастами до 3,1 млрд лет, что свидетельствует о поверхностной жизнедеятельности организмов, участвующих в почвообразовательных процессах. В этой связи к приведенной схеме развития органического мира с указанием критических точек содержания кислорода следует относиться как к одному из возможных вариантов. Приведем еще одну схему некоторых основных событии эволюции географической оболочки, показывающей фактическую идентичность понятий биосфера в широком смысле и географическая оболочка (рис.8.7).

В девоне четко оформилась дифференциация физико-географических обстановок: появились лесные, болотные и аридные ландшафты, лагунное соленакопление, возникла окислительно-восстановительная контрастность географической оболочки. С карбона стала отчетливо проявляться географическая зональность, следы которой известны еще с протерозоя.

В мезозое дифференциация и усложнение физико-географических условий продолжались. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла резкая смена животного мира — началось бурное развитие пресмыкающихся (ящеров). В юре появились покрытосеменные (цветковые) растения, а в мелу они стали господствующими. В конце мелового периода гигантские пресмыкающиеся вымерли. Возникли степи и саванны.

К мезозойской эре относятся крупные изменения в строении поверхности Земли, связанные с мощными расколами земной коры вплоть до верхней мантии, ее раздвижением и образованием океанических впадин. Возникла современная конфигурация континентальных и океанических глыб с высотой суши до 9 км (гора Джомолунгма, 8848 м) и глубинами океана более 11 км (Марианский желоб, 11 034 м). Такой контрастный рельеф появился впервые в истории Земли, что, несомненно, сказалось на функционировании географической оболочки.

События кайнозоя оказали огромное влияние на современный облик земной поверхности. Одним из важнейших событий явилась альпийская складчатость, начавшаяся в палеогене и охватившая большие площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского поясов. От неогена ведет отсчет неотектонический, или новейший, этап развития земной коры, который ознаменовался интенсивным поднятием материков: высота суши в неогене и плейстоцене увеличилась в среднем на 500 м. В геосинклинальных поясах образовались молодые горы, испытали повторные поднятия и более древние горы (Тянь-Шань, Урал, Аппалачи и др.).

Рост площади и высоты материков способствовал охлаждению земной поверхности. В Антарктиде с середины миоцена образовался ледниковый покров (в Северном полярном бассейне морские льды и ледники на прилегающей суше и островах возникли значительно позднее). Около ледниковых щитов образовались перигляциальные зоны с холодным сухим климатом и тундрово-степной растительностью.

Последний период кайнозойской эры - четвертичный - называют также антропогеновым (в связи с появлением человека) или ледниковым (в связи с усилением похолодания и распространением ледников на значительных пространствах Северной Америки и Евразии). На Русской равнине ледники достигали 49° с.ш., а в Северной Америке - даже 37° с. ш.

Время, когда ледники занимали большие площади, называют ледниковыми эпохами, когда отступали - межледниковыми эпохами. Современная эпоха - голоцен, наступившая около 10-12 тыс. лет назад, скорее всего, соответствует очередному межледниковью.

Наиболее примечательный факт в развитии природы за последние миллионы лет - появление человека. Человек относится к семейству гоминид и в настоящее время является единственным видом этого семейства. Дифференциация гоминид и обезьян произошла еще в олигоцене. Самый ранний известный представитель гоминид - миоценовый рамапитек, его останки были найдены в Восточной Африке, Южной и Восточной Азии. Следующее звено эволюции - плиоценовый австралопитек, находки которого датируются временем от 5 до 1,75 млн лет. Это был предшественник человека.

В плейстоцене появились архантропы (питекантроп, синантроп и др.), принадлежавшие уже к роду человека. Древнейший период в развитии человечества, когда орудия труда и оружие изготовлялись из камня, дерева и кости, называется каменным веком. Он продолжался весь плейстоцен и часть голоцена.

Таким образом, анализ событий позволяет выявить главную закономерность: на протяжении геологической истории Земли наблюдается направленное необратимое изменение географической оболочки.

Для географической оболочки характерны также неравномерность развития, периодичность, цикличность и метахронность процессов. Необходимо особо подчеркнуть, что представления о поступательном эволюционном характере развития окружающей нас природы не вполне правильны. В результате ход развития Земли и ее оболочек носит прерывисто-непрерывный характер, который можно назвать эволюционно-революционным прогрессивно направленным на усложнение и совершенствование географической оболочки. В геологической истории нашей планеты выделяются периоды скачкообразных «усилений» и «падений» развития как среди неживой, так и живой природы. Это известные времена расцвета и вымирания организмов, тектонические затишья и периоды активизации земных недр, чередования холодных и теплых эпох, трансгрессий и регрессий и многое другое. Колебательный тип изменений географической оболочки и ее отдельных компонентов происходит на фоне совершенствования географического пространства, а пилообразный характер изменения биоразнообразия - на фоне увеличивающегося количества выживаемых родов и семейств организмов. Таким образом, естественный ход развития нашей планеты пока носит прогрессивный характер, обеспечивающий жизнедеятельность возрастающего многообразия ландшафтов.

Лекция 8. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

Каждый химический элемент, совершая круговорот в экосистеме, следует по своему особому пути, но всœе круговороты приводятся в движение энергией, и участвующие в них элементы попеременно переходят из органической формы в неорганическую и обратно.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, важнейшее свойство потоков в экосистемах - их цикличность. Вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь в организмы, но часто в иных количествах и состояниях. Между круговоротами элементов существует тесная связь

Особенностью биогеохимических круговоротов является то, что в них участвуют не только биогенные элементы, но и посторонние, в т.ч. многие загрязняющие вещества (поллютанты) .

Географическая оболочка направленно развивается во времени. При этом ей свойственны ритмические колебания, при которых состояния геосистем периодически (с большей или меньшей правильностью в чередовании ритмов) повторяются .

Понятие о ритмах. Ритмическими процессами (ритмикой) называют повторяющиеся во времени явления, которые каждый раз развиваются в одном направлении. Это одна из закономерностей существования и развития географической оболочки, проявляющаяся в изменчивости всœех процессов. Выделяют два вида ритмических движений: периодические и циклические.

Под периодами понимают ритмы одинаковой длительности (к примеру, время оборота Земли вокруг оси или период обращения ее вокруг Солнца). Ритмы различной продолжительности именуют циклами .

Классификация ритмических движений. Колебания параметров, характеризующих свойства геосфер, обусловлены многими причинами. При их классификации удобно исходить из длительности географических процессов, изменчивость которых определяется соответствующими пространственно-временными масштабами. Среди колебаний обнаруживается достаточно циклов, продолжительность которых варьирует от нескольких сотен миллионов лет (гигациклы) до периодов случайных флуктуации длительностью в минуты, секунды и их доли .

Геологические циклы - самая крупная единица установленной периодичности. Οʜᴎ отразились в смене режимов осадконакопления, вулканизма и магматизма, эпохах расчленения и выравнивания рельефа, периодах формирования кор выветривания и элювиальных образований, в чередовании морских трансгрессий и регрессий, ледниковий и межледниковий, в изменении климата планеты и содержании атмосферных газов .

Сверхвековые ритмы. Продолжительность сверхвековой ритмики составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Особенно хорошо выражен ритм продолжительностью 1800- 1900 лет (к примеру, смена влажного и засушливого климата Сахары). Согласно А. В. Шнитникову, в каждом цикле длительностью 1850 лет есть три фазы: трансгрессивная (фаза прохладно-влажного климата), развивающаяся весьма быстро и энергично, но относительно короткая - 300 - 500 лет; регрессивная (фаза сухого и теплого климата) продолжительностью 600-800 лет, которая протекает медленно и вяло; переходная, охватывающая промежуток в 700-800 лет.

Внутривековые ритмы. Многие исследователи (Г.Ф. Лунгерсгаузен, Е.В.Максимов, М.М.Ермолаев и др.) считают, что большинство наблюдаемых в природе внутривековых ритмов имеет космическое происхождение, поскольку обнаружена связь с ритмами Солнца и отдельных небесных тел. Для годовых колебаний системы атмосфера-океан-суша выделœены следующие циклы, каждый из которых имеет свою природу: 111 лет, 80-90 лет, 44 года, 35-40 лет, 22 года, 19 лет, 11 лет, 6-7 лет, 3-4 года, 2 года .

Э.А. Брюкнер в 1890 ᴦ. установил, что почти везде на земном шаре климат испытывает циклические колебания со средней продолжительностью одного цикла около 30-35 лет. За это время серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих. По другим данным (уровень озер, водоносность рек и горных ледников, ледовитость, температура воздуха и др.), продолжительность ритмов может колебаться от 20 до 45 лет .

Сейсмическая активность Земли также носит ритмический характер при средней продолжительности ритмов в 22 -23 года.

Эль-Ниньо - аномальное продвижение теплых экваториальных вод южной ветви Межпассатного противотечения далеко на юг вдоль побережья Южной Америки при ослаблении юго-восточного пассата. Такие вторжения теплых вод резко меняют океанологические и метеорологические условия в прибрежных районах Перу и Чили и приводят к массовой гибели холоднолюбивых промысловых рыб, катастрофическим ливням и штормам большой силы Моменты (фазы) наступления Эль-Ниньо различны, но отмечена периодичность в 2, 4-5 и 8 лет .

При изучении этой проблемы совместно рассматриваются колебания атмосферы, называемые Южным колебанием, колебания океана, регистрируемые по его теплым фазам Эль-Ниньо и холодным - Ла-Нинья, и колебания Земли, проявляющиеся через изменения скорости ее вращения и нутацию географических полюсов. Хронология фаз Эль-Ниньо и Ла-Нинья приведены в табл 7.6. Отмеченные эффекты отражаются далеко за пределами Тихого океана и омываемых им территорий .

Нестабильность вращения Земли (изменения скорости ее вращения и колебания земной оси) порождает в океане и атмосфере полюсной прилив, который в свою очередь влияет на движения атмосферы и океана и протекающие в них процессы. Его амплитуда в океане составляет 0,5 см и зависит от величины смещения полюса .

Внутригодовая, или сезонная, ритмика проявляется в смене времен года, ходе климатических элементов, гидрологических явлениях (ледостав, ледоход, половодье), почвообразовательных и геоморфологических процессах (усиление речных врезов при увеличении расходов воды в паводки и половодья и их затишье в межень, активизация термокарста летом и его замирание зимой, изменение величины плоскостной и почвенной эрозии в разные времена года) и др.
Размещено на реф.рф
Внутримесячная ритмика, связанная с изменчивостью периода обращения Солнца, изменением фаз и склонений Луны, обусловливает соответствующие колебания атмосферных, гидрологических и биологических процессов. Внутримесячные колебания скорости вращения Земли обнаруживают периодичность в 27, 14 и 9 суток.

Внутрисуточная ритмика проявляется в изменении всœех гидрометеорологических параметров (температуры, влажности, атмосферного давления), приливо-отливных явлениях, фотосинтезе, биологической активности животных и др.
Размещено на реф.рф
Нагревание горных пород днем и остывание их ночью создает суточный ритм физического выветривания. Такой же ритм присущ и процессам почвообразования .

Историю Земли подразделяют на два этапа (зона): криптозой (время скрытой жизни) и фанерозой (время явной жизни).

Фанерозой довольно хорошо изучен и на основании палеонтологических материалов, подтвержденных данными других методов, подразделœен на эры, периоды и эпохи (табл. 8.1).

Криптозой изучен слабо, особенно его ранние этапы. Общепринято делœение криптозоя на протерозой и архей. Время между возникновением планеты и образованием известных ныне горных пород определяют как катархей .

Фактологических данных о начальном этапе становления географической оболочки практически нет. Несомненно, что земные процессы и явления того времени происходили в условиях интенсивного космического энергетического воздействия, а также бомбардировки метеоритами и другими телами, которые относительно легко достигали земной поверхности при отсутствии значительной атмосферы. Количество твердых разноразмерных объектов в окружающем пространстве было еще значительным из-за неполной упорядоченности вещества допланетного облака. Земля как самостоятельная планета образовалась 4,5-4,7 млрд лет назад.

Предполагается, что в катархее и раннем архее вулканогенные горные породы, вероятно, основного (базальтового) состава создали первичную земную кору, закрывшую ультраосновную перидотитовую корку аккрецированной планеты со следами многочисленных метеоритных бомбардировок. Конденсация жидкостей из горячих паров скорее всœего происходила вблизи земной поверхности и в толщах эффузивных образований, представленных чаще всœего лавами, лаво-брекчиями и пеплами.

очевидно существование в природе двух принципиально различных типов вещества: минœерального атомарно-кристаллического и живого атомарно-организменного. Коренные различия в биологической активности, даже химически одинаковых соединœений, свидетельствует об их принципиальной индивидуальности и невозможности перехода минœеральных неорганических и органических веществ в биоорганические живые вещества. По этой причине не следует искать на Земле следы начала жизни. Жизнь вечна и имеет свои особые формы существования.

Реконструкция состава литосферы. Наиболее древние из обнаруженных горных пород с возрастами 3,8-4,1 млрд лет известны лишь в нескольких местах: запад Австралии, юг Африки, восток Южной Америки, северо-восток Северной Америки и юг Гренландии, центр и юго-восток Азии, восток Европы и Антарктида. Наиболее типичными формированиями являются ʼʼсерые гнейсыʼʼ, местами подстилаемые ʼʼрозовыми гнейсамиʼʼ, или гранулитами, с залегающими на них осадочно-вулканогенными отложениями.

Последние хорошо изучены в разрезах юга Гренландии, где они представлены серией Исуа, которая сложена амфиболитами, кремнистыми и карбонатными сланцами с прослоями обломков, полосчатыми желœезистыми кварцитами с точечными вкраплениями округлых образований окисленного желœеза, конгломератами с гальками кварцитов, карбонатно-кремнистыми и карбонатными породами. Абсолютный возраст пород серии Исуа и подстилающих их гнейсов составляет 3,8 - 3,7 млрд лет.

Результаты анализа отложений позволяют с разной степенью достоверности утверждать:

·наличие в это время на поверхности планеты воды;

·развитие эрозионно-денудационной деятельности на суше, поставлявшей обломочный материал в водоемы;

·существование разных химических условий осадконакопления, из-за чего сменялось накопление желœезистых, карбонатных или кремнистых осадков;

·появление свободного кислорода, о чем свидетельствуют округлые выделœения окисленного желœеза, что некоторыми исследователями связывается с присутствием фотосинтезирующих организмов;

·вкрапления бывают остатками первичных организмов гетерогенного типа, названных исуасферами;

·наличие остатков живых организмов требует признания более раннего существования автотрофной жизни;

·начало осадконакопления, видимо, происходило одновременно с остыванием формирующейся земной коры и изменением горных пород (метаморфизмом);

·произошла смена состава атмосферы - окончательно исчезла остаточная и возникала первичная земная углекислого состава, что подтверждается химизмом горных пород, изменением степени метаморфизма, спецификой жизнедеятельности;

·к моменту начала накопления осадков на Земле уже существовала жизнь в достаточно развитой форме.

О наличии жизнедеятельности уже на первых порах развития земной коры свидетельствует факт установления в породах черно-сланцевой формации углерода биоорганического происхождения. Предполагают, что уже 3,2-3,5 млрд лет назад при образовании мощных (до нескольких сотен метров) толщ углистых сланцев почти половина слагающего их углерода возникла за счёт гибели живых организмов и углефикации их вещества. Трудно представить крайне важно е количество микроорганизмов с массой в сотые и тысячные доли грамма, но то, что окружающая среда позволяла им осуществлять активную деятельность, несомненно. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, еще раз хочется отметить прозорливость В. И. Вернадского и согласиться с его выводом о том, что исследование земного материала не указывает на наличие такого времени, когда не было живого вещества. В геологическом смысле жизнь вечна.

Реконструкции состава атмосферы. Очевидно, что первичная атмосфера, вначале постепенно, а затем относительно быстро (в геологическом масштабе времени) стала замещаться вторичной, где уже преобладали азот и кислород в свободном состоянии. С начала фанерозоя (570 млн лет назад) до середины девонского периода концентрация кислорода составляла меньше половины современной (рис. 8.3). В конце девона - карбоне - вероятно, в связи с интенсивным вулканизмом и бурным развитием наземной растительности, содержание кислорода резко увеличилось, превысив даже современный уровень. На протяжении позднего палеозоя наблюдается снижение содержания О2, достигшее минимума на границе перми и триаса. В начале юрского периода отмечено его резкое увеличение, превысившее современный уровень в 1,5 раза. Такая ситуация существовала до середины мела, когда произошло снижение концентрации О2до современного уровня.

Газовый состав атмосферы, гидросферы и литосферы часто считают функцией лишь жизнедеятельности организмов, главным образом процесса фотосинтеза. Но это не единственный, а подчас, видимо, и не главный источник. При дегазации недр поступают не меньшие количества различных газов, в т.ч. мантийного кислорода с иным, чем у фотосинтетического, соотношением изотопов. Сравнение содержаний кислорода и диоксида углерода в разные эпохи фанерозоя показывает их сходный характер, что не должна быть объяснено фотосинтезом, в процессе которого диоксид углерода расходуется на формирование органического вещества и при этом выделяется избыток свободного кислорода. В случае если же учесть совпадение эпох повышенных концентраций кислорода и диоксида углерода с периодами орогенеза, тектонических движений и трансформаций земных недр, то их источник становится очевидным. С течением времени в земной атмосфере происходило уменьшение количеств диоксида углерода при возрастании содержаний азота и кислорода, но процесс данный не был постепенным, а носил скачкообразный характер, обусловленный ритмичным проявлением природных процессов.

Реконструкция гидросферы. Установлено, что первичные воды были кислыми из-за активных вулканических процессов и углекислого состава атмосферы, поставлявшей основные осадки. Пресные воды появились позднее, очевидно, в результате резких климатических изменений - ледниковых периодов и межледниковых эпох (рис. 8.4 и табл. 8.2). Одним из самых спорных остается вопрос об объёме земных вод. Очевидно, что изначально не могло возникнуть такого огромного количества воды - не было источника. Вместе с тем, всœе первичные водоемы докембрия носили эпиконтинœентальный характер - это залитая водой бывшая суша. Современные материалы о строении дна океанов свидетельствуют об их возникновении только с середины мезозойского времени (180-200 млн лет). Довольно убедительны доказательства о происхождении их за счёт раздвигания земной коры по зонам рифтогенных разломов с внедрением мантийного вещества основного и ультра-основного составов и одновременным заполнением водами, как атмосферного, так и глубинного генезиса. Процесс продолжается до настоящего времени (рис. 8.5). Стоит сказать, что для некоторых океанов, к примеру Атлантического, характерно симметричное расположение пород одного возраста относительно центральной зоны срединно-океанического хребта͵ для других, к примеру, Тихого - более сложное.

Реконструкция органического мира. Быстрое развитие органического мира началось в конце протерозоя - начале палеозоя (хотя наиболее древние следы жизни почти ровесники осадочных пород). В ордовике появились первые представители позвоночных животных - панцирные рыбы. В силуре растения и животные вышли на сушу, с чем связывают увеличение содержания кислорода в атмосфере, достигшее половины его современного уровня. Произошло оформление озонового слоя, который стал защищать приповерхностные слои Земли от жесткого солнечного и космического излучения. Появление озонового слоя и его роль в жизнедеятельности организмов намного сложнее, чем обычно считается. В первую очередь, доказано, что многие организмы, особенно простейшие практически не реагируют на космическое излучение. Во-вторых, в геологических разрезах обнаружены следы достаточно развитых палеопочв с возрастами до 3,1 млрд лет, что свидетельствует о поверхностной жизнедеятельности организмов, участвующих в почвообразовательных процессах. В этой связи к приведенной схеме развития органического мира с указанием критических точек содержания кислорода следует относиться как к одному из возможных вариантов. Приведем еще одну схему некоторых базовых событии эволюции географической оболочки, показывающей фактическую идентичность понятий биосфера в широком смысле и географическая оболочка (рис.8.7).

В девоне четко оформилась дифференциация физико-географических обстановок: появились лесные, болотные и аридные ландшафты, лагунное соленакопление, возникла окислительно-восстановительная контрастность географической оболочки. С карбона стала отчетливо проявляться географическая зональность, следы которой известны еще с протерозоя.

В мезозое дифференциация и усложнение физико-географических условий продолжались. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла резкая смена животного мира - началось бурное развитие пресмыкающихся (ящеров). В юре появились покрытосœеменные (цветковые) растения, а в мелу они стали господствующими. В конце мелового периода гигантские пресмыкающиеся вымерли. Возникли степи и саванны.

К мезозойской эре относятся крупные изменения в строении поверхности Земли, связанные с мощными расколами земной коры вплоть до верхней мантии, ее раздвижением и образованием океанических впадин. Возникла современная конфигурация континœентальных и океанических глыб с высотой суши до 9 км (гора Джомолунгма, 8848 м) и глубинами океана более 11 км (Марианский желоб, 11 034 м). Такой контрастный рельеф появился впервые в истории Земли, что, несомненно, сказалось на функционировании географической оболочки.

События кайнозоя оказали огромное влияние на современный облик земной поверхности. Одним из важнейших событий явилась альпийская складчатость, начавшаяся в палеогене и охватившая большие площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского поясов. От неогена ведет отсчет неотектонический, или новейший, этап развития земной коры, который ознаменовался интенсивным поднятием материков: высота суши в неогене и плейстоцене увеличилась в среднем на 500 м. В геосинклинальных поясах образовались молодые горы, испытали повторные поднятия и более древние горы (Тянь-Шань, Урал, Аппалачи и др.).

Рост площади и высоты материков способствовал охлаждению земной поверхности. В Антарктиде с середины миоцена образовался ледниковый покров (в Северном полярном бассейне морские льды и ледники на прилегающей суше и островах возникли значительно позднее). Около ледниковых щитов образовались перигляциальные зоны с холодным сухим климатом и тундрово-степной растительностью.

Последний период кайнозойской эры - четвертичный - называют также антропогеновым (в связи с появлением человека) или ледниковым (в связи с усилением похолодания и распространением ледников на значительных пространствах Северной Америки и Евразии). На Русской равнинœе ледники достигали 49° с.ш., а в Северной Америке - даже 37° с. ш.

Время, когда ледники занимали большие площади, называют ледниковыми эпохами, когда отступали - межледниковыми эпохами. Современная эпоха - голоцен, наступившая около 10-12 тыс. лет назад, скорее всœего, соответствует очередному межледниковью.

Наиболее примечательный факт в развитии природы за последние миллионы лет - появление человека. Человек относится к семейству гоминид и в настоящее время является единственным видом этого семейства. Дифференциация гоминид и обезьян произошла еще в олигоцене. Самый ранний известный представитель гоминид - миоценовый рамапитек, его останки были найдены в Восточной Африке, Южной и Восточной Азии. Следующее звено эволюции - плиоценовый австралопитек, находки которого датируются временем от 5 до 1,75 млн лет. Это был предшественник человека.

В плейстоцене появились архантропы (питекантроп, синантроп и др.), принадлежавшие уже к роду человека. Древнейший период в развитии человечества, когда орудия труда и оружие изготовлялись из камня, дерева и кости, принято называть каменным веком. Он продолжался весь плейстоцен и часть голоцена.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, анализ событий позволяет выявить главную закономерность: на протяжении геологической истории Земли наблюдается направленное необратимое изменение географической оболочки.

Для географической оболочки характерны также неравномерность развития, периодичность, цикличность и метахронность процессов. Необходимо особо подчеркнуть, что представления о поступательном эволюционном характере развития окружающей нас природы не вполне правильны. В результате ход развития Земли и ее оболочек носит прерывисто-непрерывный характер, который можно назвать эволюционно-революционным прогрессивно направленным на усложнение и совершенствование географической оболочки. В геологической истории нашей планеты выделяются периоды скачкообразных ʼʼусиленийʼʼ и ʼʼпаденийʼʼ развития как среди неживой, так и живой природы. Это известные времена расцвета и вымирания организмов, тектонические затишья и периоды активизации земных недр, чередования холодных и теплых эпох, трансгрессий и регрессий и многое другое. Колебательный тип изменений географической оболочки и ее отдельных компонентов происходит на фоне совершенствования географического пространства, а пилообразный характер изменения биоразнообразия - на фоне увеличивающегося количества выживаемых родов и семейств организмов. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, естественный ход развития нашей планеты пока носит прогрессивный характер, обеспечивающий жизнедеятельность возрастающего многообразия ландшафтов.

Лекция 8. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Лекция 8. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ" 2017, 2018.

— это совокупность всех форм земной поверхности. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми, сложными.

Разница высот между самой высокой вершиной на суше, горой Джомолунгмой в Гималаях (8848 м), и Марианской впадиной в Тихом океане (11 022 м) составляет 19 870 м.

Как же формировался рельеф нашей планеты? В истории Земли выделяют два основных этапа ее формирования:

• планетарный (5,5-5,0 млн лет назад), который завершился формированием планеты, образованием ядра и мантии Земли;
• геологический , который начался 4,5 млн лет назад и продолжается до сих пор. Именно на этом этапе произошло образование земной коры.

Источником информации о развитии Земли в течение геологического этапа прежде всего являются осадочные горные породы, которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями. Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и является более молодым. На этом простом рассуждении основывается понятие относительного возраста горных пород , которое легло в основу построения геохронологической таблицы (табл. 1).

Самые длительные временные интервалы в геохронологии — зоны (от греч. aion - век, эпоха). Выделяют такие Зоны, как: криптозой (от греч. cryptos - скрытый и zoe — жизнь), охватывающий весь докембрий, в отложениях которого нет остатков скелетной фауны; фанерозой (от греч. phaneros - явный, zoe — жизнь) — от начала кембрия до нашего времени, с богатой органической жизнью, в том числе скелетной фауной. Зоны не равноценны по продолжительности, так, если криптозой длился 3-5 млрд лет, то фанерозой — 0,57 млрд лет.

Таблица 1. Геохронологическая таблица

Зоны делятся на эры. В криптозое различают архейскую (от греч. archaios — изначальный, древнейший, aion - век, эпоха) и протерозойскую (от греч. proteros - более ранний,zoe — жизнь) эры; в фанерозое - палеозойскую (от греч. древний и жизнь), мезозойскую (от греч. теsos - средний,zoe — жизнь) и кайнозойскую (от греч. kainos - новый,zoe — жизнь).

Эры разделены на менее длительные отрезки времени - периоды , установленные лишь для фанерозоя (см. табл. 1).

Основные этапы развития географической оболочки

Географическая оболочка прошла долгий и сложный путь развития. В се развитии выделяют три качественно различных этапа: добиогенный, биогенный, антропогенный.

Добиогенный этап (4 млрд — 570 млн лет) — самый длительный период. В это время происходил процесс увеличения мощности и усложнения состава земной коры. К концу архея (2,6 млрд лет назад) на обширных пространствах уже сформировалась континентальная кора мощностью около 30 км, а в раннем протерозое произошло обособление протоплатформ и протогеосинклиналей. В этот период гидросфера уже существовала, но объем воды в ней был меньше, чем сейчас. Из океанов (и то лишь к концу раннего протерозоя) оформился один. Вода в нем была соленой и уровень солености скорее всего был примерно таким, как сейчас. Но, по-видимому, в водах древнего океана преобладание натрия над калием было еще большим, чем сейчас, больше было и ионов магния, что связано с составом первичной земной коры, продукты выветривания которой сносились в океан.

Атмосфера Земли на этом этапе развития содержала очень мало кислорода, озоновый экран отсутствовал.

Жизнь, скорее всего, существовала с самого начала этого этапа. По косвенным данным, микроорганизмы обитали уже 3,8-3,9 млрд лет назад. Обнаруженные остатки простейших организмов имеют возраст 3,5- 3,6 млрд лет. Однако органическая жизнь с момента зарождения и до самого конца протерозоя не играла ведущей, определяющей роли в развитии географической оболочки. Кроме того, многими учеными отрицается присутствие органической жизни на суше на этом этапе.

Эволюция органической жизни в добиогенный этап протекала медленно, но тем не менее 650-570 млн лет назад жизнь в океанах была достаточно богатой.

Биогенный этап (570 млн — 40 тыс. лег) длился в течение палеозоя, мезозоя и почти всего кайнозоя, за исключением последних 40 тыс. лет.

Эволюция живых организмов на протяжении биогенного этапа не была плавной: эпохи сравнительно спокойной эволюции сменялись периодами быстрых и глубоких преобразований, во время которых вымирали одни формы флоры и фауны и получали широкое распространение другие.

Одновременно с появлением наземных живых организмов стали формироваться почвы в нашем современном представлении.

Антропогенный этап начался 40 тыс. лет назад и продолжается в наши дни. Хотя человек как биологический род появился 2-3 млн лег назад, его воздействие на природу длительное время оставалось крайне ограниченным. С появлением человека разумного это воздействие значительно усилилось. Произошло это 38-40 тыс. лет назад. Отсюда и берет отсчет антропогенный этап в развитии географической оболочки.

Этапы формирования географической оболочки Земли. Исследователи выделяют три этапа формирования географической оболочки Земли: добиогеновый, биогеновый и антропогеновый.

Добиогеновый этап (4,6 млрд лет - 570 млн лет). На рассматриваемом этапе сформировались такие компоненты географической оболочки Земли, как лито-, гидро- и атмосферы.

Наиболее простейшие микроорганизмы (бактерии) появились на Земле примерно 3,8-3,5 млрд лет назад и не могли оказать должного влияния на процесс формирования географической оболочки Земли.

Биогеновый этап начался 570 млн лет назад и характеризуется развитием органического мира. В результате на этом этапе сформировались биосфера и основные черты современной географической оболочки.

Антропогеновый этап охватывает период продолжительностью 3 млн лет.

В настоящее время хозяйственная деятельность человека оказывает серьезное воздействие на развитие географической оболочки Земли.

В результате появились экологические и демографические проблемы, в частности, проблема Аральского моря. Это вынудило человечество обратить особое внимание на вопросы охраны окружающей среды.

Общие законы развития географической оболочки Земли. Развитие географической оболочки Земли и природных комплексов подчиняется строгим законам. Законы о развитии географической оболочки нередко называют общегеографическими.

Знание общегеографических законов помогает человеку рационально пользоваться природными ресурсами, эффективно охранять окружающую среду, сохранять естественное экологическое равновесие и др.

В систему общегеографических законов входят: закон сохранения энергии; периодичность, или ритмичность повторяемости событий; закон географической зональности и азональности и др.

Единство географической оболочки Земли. Закон обмена веществ обеспечивает единство всех территориальных природных комплексов и географической оболочки в целом.

Территориальные комплексы независимо от размеров пребывают в одном из трех физических состояний (твердом, жидком или газообразном) и образуют единое целое благодаря сложным динамичным связям.

Компоненты географической оболочки Земли, будь то рельеф, климат, воды, растительность, животный мир и т.д., подчиняются одним и тем же географическим законам.

Обмен веществ. Энергетический обмен свойствен всем компонентам географической оболочки.

Процесс энергетического обмена представляет собой не что иное, как движение. Например, влага, которая содержится в атмосфере, перемещается вместе с воздушными массами из одной точки в другую, т.е. в вертикальном и горизонтальном направлениях. Воды Мирового океана так же, как и воздушные массы, перемещаются не только горизонтально, но и вертикально.

Подвижность свойственна и твердой оболочке Земли, или литосфере. На это, в частности, указывает вулканическая деятельность. Во время извержения вулкана на поверхность в виде лавы изливается не только внутреннее вещество (магма), но и происходит как горизонтальное, так и вертикальное перемещение горных пород.

Ритмичность. Каждому из нас приходилось сталкиваться с таким природным явлением, как ритмичность. Простейший тому пример - суточная ритмичность, т. е. последовательная смена дня и ночи. То же самое относится и к смене времен года.

Суточная и сезонная ритмичность отражается в смене погодных и климатических условий, в режиме поверхностных вод (смена половодья меженью), а также в поведении растений и животных.

Географическая зональность. Закономерное изменение природных (физико-географических) условий или территориально-природных комплексов от экватора к полюсам (горизонтальная или широтная зональность) и по мере поднятия вверх, в горы (вертикальная или высотная зональность), называется зональностью.

Закон географической зональности придает каждой точке на Земле присущие ей закономерные черты.

Внимание! Если Вы нашли ошибку в тексте, выделите её и нажмите Ctrl+Enter для уведомления администрации.