СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ «ПОВЕРХНОСТЬ»
Начать следует с того, что любой небесный объект может состоять из веществ, находящихся в трех агрегатных состояниях, которые всем хорошо известны еще со школьной скамьи, – в твердом, жидком и газообразном. В природе наблюдается еще четвертое состояние – плазменное – но оно в таком понятии, как «поверхность», никакого участия не принимает.
Продолжая мысль об агрегатных качествах, следует отметить, что в Космосе и, в частности, в Солнечной системе, вещество планет в плане агрегатного состояния не находится в какой-то перемешанной, хаотичной форме. Всегда есть четкие агрегатные границы между взаимно контрастирующими вещественными средами, из которых состоят планеты и их спутники. Вещества, сходные по своей фазе, всегда собираются в «одном месте» и образуют оболочку – твердотельную, жидкую и газовую (т. е. в процессе развития космического объекта происходит дифференциация его вещества: все легкие элементы стараются отдалиться от центра – поднимаются вверх; а тяжелые стремятся занять центральное положение – опускаются вниз).
Именно такие агрегатные рубежи (между оболочками), или зоны контакта оболочек, и называются поверхностью космического объекта.
В связи с тем, что вещество может находиться в трех агрегатных фазах, выделяют следующие зоны контакта контрастирующих сфер: твердое-газообразное, жидкое-газообразное, твердое-жидкое. Следовательно, мы различаем три типа поверхности:
твердая сухопутная (зона контакта твердой минеральной основы с той или иной газовой оболочкой);
жидкая поверхность (зона контакта жидкой оболочки с газовой);
донная поверхность (зона взаимодействия твердой минеральной донной основы с жидкой средой).
На Земле представлены все три варианта, причем в самом что ни на есть полноценном виде: поверхность суши, поверхность Мирового океана и вод суши, дно водоемов. Но есть планеты, где вообще нет никаких жидкостей или твердых минералов.
Также в космическом пространстве есть образования, у которых твердая поверхность контактирует непосредственно с межпланетным пространством – это в основном астероиды, т. е. космические объекты, не имеющие никакой атмосферы. Такие поверхности имеют, конечно, особый статус.
В данном вопросе многое зависит от сочетания температуры и давления. На Земле, например, вода – жидкая, а горные породы – твердые. Но где-то в глубинах Космоса физико-механическая обстановка сильно отличается от земной. Теоретически возможны даже варианты лавовых океанов (океан из расплавленных минеральных пород) – при очень высоких температурах и определенном давлении, и паровых атмосфер (газовая оболочка состоит целиком из пара, может быть водяного, с незначительными примесями других газов).
И наоборот, жидкости, характерные для Земли, при очень низких температурах на других планетах могут сформировать твердые поверхности, возможно, из водяного льда (а мы знаем, что лед может образовываться не только из воды, но и из других жидкостей).
Надо сказать, что такой вид поверхности – ледяной – представлен в настоящее время и на Земле, в зонах распространения сухопутных ледников и ледяных покровов на водоемах и водотоках (морской лед, озерный, речной).
Это еще один тип твердой поверхности, который обладает особенным положением. При этом зона контакта льда и твердой минеральной базы, а также льда и жидкости, которую этот лед сковывает, не принимается во внимание. Отсюда проистекает еще один любопытный нюанс – поверхность любого астрономического объекта всегда обращена наружу, т. е. «лицом» к космическому пространству. Вовнутрь она обращена быть не может, даже по всем законам логики. Именно поэтому и нельзя включить в понятие «поверхность» зону контакта, например, жидкости и льда, который покрывает эту жидкость. Равно как и другие зоны агрегатного контакта, которые есть внутри Земли.
Существуют такие понятия, как «дневная поверхность» и «ночная поверхность». Их различие напрямую связано с тем, может ли солнечный свет охватить своим влиянием поверхность или нет. Здесь учитывается именно свет, тогда как тепло от солнца имеет способность проникать в грунт на значительную глубину.
Так дневная поверхность – та, которая всегда открыта, доступна солнечному свету. А ночная – к которой не могут напрямую и естественным путем проникнуть лучи солнца. Это всевозможные пещеры и различные пустоты внутри Земли, куда можно попасть теми или иными способами на современном этапе развития науки и техники. Полностью недоступные (очень глубоко расположенные, к примеру) для человека полости в литосфере к поверхностям, по сути, и вовсе не причисляются. Это внутреннее содержание Земли. Поэтому формулировка «ночная поверхность» к ним не вполне применима. Недосягаемые донные глубины океанов тоже относятся к этой категории.
Вот еще одна основополагающая суть земной поверхности – доступность для человека.
По данному поводу еще хотелось бы сказать вот что. Когда мы рассуждаем о земной поверхности, то представляем себе какие-то более или менее идеальные поля и луга, спокойные водные глади. А иногда даже и горные склоны. Но подобная постановка вопроса – не совсем правильное действие с научной точки зрения. Точнее, это всего лишь мизерная часть того, о чем мы говорим. Земной поверхностью является абсолютно всё, что непосредственно контактирует с атмосферой и солнцем: и листья дерева, и трава, и внешние стены зданий, сооружений, автомобилей, и асфальт, и поверхность нашей кожи, волос – в общем, набор всего того, что напрямую соприкасается с воздухом атмосферы и, так или иначе, с солнечной радиацией.
То же самое касается и дна водоемов, только в них роль атмосферы играет гидросфера.
Отсюда мы видим, что наиболее полноценным видом поверхности является именно дневная. А еще можно заметить, что земная поверхность – это структура, которая включает в себя не только природные объекты, но и антропогенные, и тем более – природно-антропогенные.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Изучением поверхности (и ее типов) планеты Земля занимается наука география. Земная поверхность, конечно, – не самостоятельное природное образование, и поэтому география затрагивает вопросы, которые не только косвенно, но и прямо относятся к смежным наукам, занимающимся изучением Земли. Это само собой разумеющееся: любая современная наука не может быть полностью изолирована от каких-то других наук, тем более сопредельных.
Да и само понятие «земная поверхность» в географии и в частности в физической географии не подразумевает под собой исключительно двухмерное представление о пространстве. Как всегда должно быть и третье измерение. Следовательно, мы говорим о поверхности Земли, как об образовании, имеющем и какую-то глубину (в грунте), и определенную высоту (в воздухе). Иными словами – вертикальные пределы.
С горизонтальными пределами никаких проблем не существует: они безграничны, поскольку Земля имеет шарообразную форму. По вертикали же гораздо труднее отсчитывать те последние точные высоты и глубины, на которых полностью заканчивается понятие «земная поверхность». Слишком много различных шероховатостей содержит в себе такое действие.
Первое, что хотелось бы озвучить: не следует, что называется, чересчур усердствовать в данном вопросе. Если область физической географии – это непосредственно ландшафты, то и поверхность, стало быть, не может включать в себя, например, всю стратисферу (осадочный слой) и всю тропосферу. И уж тем более – нижние и высокие земные оболочки (гранитный и базальтовый слои; стратосфера, мезосфера и др.).
Ландшафтом называется природный комплекс, характеризующийся в первую очередь оконченными стадиями развития биоматерии – растениями и животными. С этой точки зрения, на Марсе и других твердотельных планетах ландшафтов условно нет, но есть природные комплексы, которые могут быть в той или иной мере достаточно сформированы по другим показателям. И даже на Земле, где, казалось бы, вообще не должно быть никаких белых пятен в ландшафтном плане, и то существуют места, обделенные высокоразвитой органикой. Это в основном внутренние районы Антарктиды, Гренландии, а также некоторые части субтропических и тропических пустынь.
Хотя не все ученые придерживаются подобного воззрения на соотношение таких понятий, как «ландшафт» и «природный комплекс».
Поэтому мы определяем вертикальные рубежи земной поверхности так: в земной коре – это наибольшая глубина проникновения активных развитых форм жизни (в разных географических и высотных поясах она разная), в частности, корней деревьев. То же самое относится и к тропосфере: к примеру, если брать среднюю высоту полета птиц, то такое положение будет вполне соответствовать тому представлению о ландшафте, которое было озвучено выше. Отдельные виды птиц могут подниматься очень высоко над землей (выше 11 км), и даже сталкиваться с самолетами (как гриф Рюппеля), но это единичные эпизоды. К тому же полет птиц и, например, гнездование – это разные понятия. Птицы не могут постоянно находиться в воздухе, их жизнедеятельность главным образом сконцентрирована вокруг каких-то объектов, природных или антропогенных, где можно найти пропитание, воду, свить гнездо, вывести птенцов. И всё это осуществляется ими обычно на высоте не более нескольких десятков метров над уровнем твердой и жидкой поверхности.
Существует, однако, и другое представление о поверхности Земли – тоже с ландшафтной точки зрения. Мы знаем, что под почвой всегда обнаруживается первичный слой горной породы, на котором и из которого, собственно говоря, почва и формируется. Называется такой слой почвообразующим. Под ним всегда залегает геологический слой, который подстилает почвообразующий пласт. Именно этот пласт – подстилающий – целиком и полностью и является начальной точкой отсчета земной поверхности. То есть отсчет вертикальной границы ландшафта начинают от подошвы подстилающей породы. В крайнем случае, за нижний предел принимают максимальную глубину проникновения корней деревьев в грунт – там, где растут деревья. Где их нет, находятся какие-то другие ландшафтные критерии и соответственно глубины, а также высоты. В большинстве случаев корни дерева, в зависимости от вида и возраста, могут осваивать поверхностные и приповерхностные геологические слои. Это несколько метров. Например, дуб с многовековой историей способен пускать корни на глубину более 20 метров.
При таком подходе верхней границей в воздушной среде в основном устанавливается наибольшая высота взрослых деревьев, если таковые растения присутствуют. Самыми высокими деревьями на данный момент являются секвойи. Они распространены на Тихоокеанском побережье Северной Америки. Один экземпляр, растущий на севере Калифорнии, считается мировым рекордсменом по высоте – более 115 метров. Но это опять же редкие случаи. В основном деревья имеют не такие выдающиеся высоты – 10—30 метров (во взрослом состоянии) над уровнем поверхности грунта в месте своего произрастания.
В любом случае всегда принимаются во внимание средние значения вертикальных пределов ландшафта, если рассматривать этот пункт в обобщенном виде, а не в уникальном. Поскольку мир животных и растений очень разнообразен, динамичен и чрезвычайно зависим от внешних условий среды обитания, которые на Земле тоже отличаются крайней степенью многообразия.
Итак, в среднем, толщина земной поверхности лежит в пределах нескольких десятков метров. Это и есть активный, биогенный уровень ландшафтной сферы Земли (деятельный слой Земли), который в физической географии определятся как земная поверхность, с учетом, конечно, различных поправок.
Всё, о чем говорилось ранее в данном разделе, – это в общих чертах, и, безусловно, подобные позиции будут со временем дорабатываться и уточняться. Но существует одно проблемное обстоятельство, связанное непосредственно с пониманием земной поверхности с точки зрения физико-географической науки. Дело в том, что само понятие «поверхность Земли» может пониматься двояко, и это как раз связано с тем, о чем мы беседовали в первом разделе этой лекции. Рассмотрим два подхода к пониманию того предмета, о котором идет речь.
Первый подход рассматривает поверхность Земли как среду, контактирующую непосредственно только с воздушной оболочкой. Соответственно, данная среда разделяется всего на две плоскости: сухопутная и водная. Сухопутная поверхность – это вся суша, водная – верхний уровень всех водных объектов Земли, включая в первую очередь Мировой океан.
Другой подход, второй, значительно расширяет представление о поверхности – до такого сложного понятия, как «поверхность земной коры». А мы знаем, что земная кора не ограничивается берегом водоема, она продолжается и под океаном, и под любым озером, и даже под рекой. Хотя слово «даже» правильнее было бы использовать только по отношению к океаносфере.
И что мы получаем в таком случае?.. Три плоскости земной поверхности: наземная (сухопутная), водная и донная.
Здесь, выходит, мы имеем уже не две, а целых три пленки ландшафтной сферы. И к каждому уровню применяются свои подходы в установлении вертикальных пределов (толщины) земной поверхности.
О главном – наземном – уровне мы поговорили выше. Но в океане, как известно, морские животные и рыбы, а тем более микроорганизмы, по существу, насыщают почти всю толщу воды. Таким образом, по данному показателю (распространение жизни) мы уже не можем устанавливать адекватные ландшафтные пределы в океанской сфере, а включить весь океан (по вертикали) в понятие «земная поверхность» тоже было бы не совсем правильно. Поэтому в грубом расчете и условно принимается во внимание примерно тридцатиметровый слой морской воды, активно взаимодействующий с тропосферой и ее составляющими. С донными ландшафтами – практически аналогичная ситуация: тот же 30-метровый слой водной массы, но уже придонный. А внутри самого дна ландшафтные показатели способны опускаться на глубину величиной всего в несколько метров.
Это касается и крупных озёр.
В водной обстановке вообще очень трудно что-либо установить, в том числе в силу ее большой подвижности и переменчивости, и ландшафтные пределы там – это в значительной мере условность.
ШАРООБРАЗНОСТЬ – ГЛОБАЛЬНАЯ ЧЕРТА ПОВЕРХНОСТИ ВСЕХ ПЛАНЕТ
Все известные науке планеты, спутники, а также звезды обладают одним общим фундаментальным свойством – шарообразной формой. С геометрических позиций такие космические объекты, конечно, не представляют собой идеальные шары – в силу их вращения (осевого, орбитального), внутреннего развития и прочих факторов, влияющих на морфологию поверхности. Но, по крайней мере, все эти образования в глобальном плане обладают свойством шарообразности, несмотря на все шероховатости, неровности их облика.
Все мы знаем, что поверхность шарообразного тела тоже шарообразна, поскольку, как мы уже говорили, любая поверхность не обнаруживает себя самостоятельным природным формированием: она принадлежит тому объекту, представителем которого является.
Главнейшим следствием шарообразности, т. е. естественной кривизны земной поверхности является то, что полуденные солнечные лучи падают на Землю под разным углом: от 0° в Арктике и Антарктике до 90° в тропиках. Здесь, как мы видим, учитывается только наиболее высокое положение солнечного диска над линией горизонта – полуденное солнце, поскольку в течение светового дня диск перемещается по небосводу и вместе с этим соответственно меняется и угол падения лучей – от 0 градусов (рассвет) до 0 градусов (закат).
Следует отметить, что угол падения солнечных лучей соответствует и равен высоте солнца над уровнем горизонта. Это равнозначные понятия (причем и то, и другое измеряется в градусах), но при этом первое зависит от второго.
Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, и земная ось вращения наклонена под определенным углом к плоскости земной орбиты, то угол падения полуденных солнечных лучей в любой конкретной точке нашей планеты плавно (с каждым новым днем) и обратимо меняется по сезонам (с конца июня до конца декабря убывает, а с конца декабря до конца июня возрастает). И поэтому мы можем говорить о том, что на каждой широте, даже на экваторе, наблюдается свой годовой диапазон угла падения солнечных лучей в полдень. Зимой (в день зимнего солнцестояния) наблюдается наименьшее положение солнца над линией горизонта, а летом (в день летнего солнцестояния) – наибольшее. Допустим, на широте 45° в Северном полушарии такой диапазон лежит в пределах от 21,5° до 68,5°; на полюсах – от -23,5° до 23,5°; на экваторе – от 66,5° до 90°.
От годового диапазона высоты полуденного солнца зависит самое важное для нас – степень нагрева земной поверхности. Чем больше крайние значения данного диапазона приближены к максимуму (90°), тем сильнее в течение года коротковолновая электромагнитная солнечная радиация прогревает участок земной поверхности, а через нее и воздух (сам воздух практически не нагревается при прохождении через него лучей). Поэтому: чем ближе к экватору находится местность (по широте), тем теплее климат…
Итак, меньше всего солнечного тепла получают полярные широты, поскольку там лучи как бы скользят по поверхности, почти не нагревая ее; а больше всего – экваториальные и приэкваториальные (тропические) регионы: лучи падают более или менее отвесно в течение всего года, и каждый квадратный метр земли из-за этого получает наибольшее количество энергии.
В конечном итоге, шарообразность обуславливает существование разных климатических и, следовательно, физико-географических поясов – от арктического и антарктического до экваториального включительно.
Общая глобальная закономерность изменения земной природы (в комплексе и в компонентном отношении) по широте, вследствие шарообразности земной поверхности и изменения угла падения солнечных лучей, в физической географии называется широтной зональностью. Модификация климата, ландшафтов, внешних геологических процессов, почвенно-растительного покрова от экватора к полюсам – всё это относится к данной закономерности.
Наряду с широтной существуют такие виды зональности, как меридиональная зональность (изменение черт природы от океанических побережий по направлению к центральным частям материков) и гипсометрическая зональность (изменение свойств природы в зависимости от изменения высоты над уровнем моря).
Меридиональная зональность является следствием взаимодействия суши и океана на уровне воздушных масс и морских течений. В определенных частях планеты с океанов на материки происходит перенос (постоянный или сезонный) влажного морского воздуха. Вследствие этого приокеанические сектора материков оказываются более увлажненными и очень часто более утепленными, по сравнению с центральными секторами. По мере продвижения к центру континента влияние морского воздуха постепенно ослабевает.
Определенную лепту в меридиональную зональность вносят морские течения. Холодные водные потоки иссушают прибрежный воздух и в целом делают климат приокеанического сектора материка несколько холоднее. Соответственно по мере отдаления от побережья к центру континента может происходить потепление климата и нарастание влажности воздуха, увеличение количества осадков.
Теплые потоки океанской воды – наоборот, увлажняют и утепляют приокеанический воздух над частью континента, которая граничит с океаном. Здесь уже можно провести аналогию с той ситуацией, которая наблюдается в районах действия влажных и теплых морских воздушных масс: чем дальше от берега океана, тем суше и тем ярче выражен сезонный контраст (континентальность) климата (разница между зимой и летом).
Меридиональная зональность накладывается на широтную и сильно усложняет последнюю. А если еще учесть, что природа трансформируется в зависимости от высоты – по гипсометрическому градиенту (гипсометрическая зональность), то на выходе мы получаем очень сложную зональную картину; которая, тем не менее, в своей последней инстанции представлена только лишь ландшафтными (природными) зонами