Учебное пособие посвящено изучению составляющих географической оболочки. Рассматриваются факторы, формирующие географическую оболочку и основную ее структурную особенность – широтную зональность. Законы эволюции, целостности, ритмичности, круговоротов вещества и энергии в географической оболочке описаны для всех сфер Земли с учетом экологических условий. Для студентов географических специальностей учреждений высшего образования, преподавателей, специалистов в области физической географии, охраны природы и рационального природопользования.
Место общего землеведения в системной классификации географических наук
1.1. Общее землеведение в системе географических наук
Географией называется комплекс тесно связанных между собой наук, который делится на четыре блока (Максаковский, 1998): физико-географические, социально-экономико-географические науки, картографию, страноведение. Каждый из этих блоков, в свою очередь, подразделяется на системы географических наук.
Блок физико-географических наук состоит из общих физико-географических наук, частных (отраслевых) физико-географических наук, палеогеографии. Общие физико-географические науки делятся на общую физическую географию (общее землеведение) и региональную физическую географию.
Все физико-географические науки объединяет общий объект исследования. Большинство ученых пришли к единому мнению о том, что все физико-географические науки изучают географическую оболочку. По определению Н.И. Михайлова (1985), физическая география – наука о географической оболочке Земли, ее составе, структуре, особенностях формирования и развития, пространственной дифференциации.
Географическая оболочка (ГО) – сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходят интенсивные взаимодействия минеральной, водной и газовой сред (а после возникновения биосферы – и живого вещества) под воздействием космических явлений, прежде всего солнечной энергии. Единой точки зрения по поводу границ географической оболочки среди ученых не существует. Оптимальными границами ГО являются верхняя граница тропосферы (тропопауза) и подошва зоны гипергенеза – граница проявления экзогенных процессов, в пределах которых находится основная масса атмосферы, вся гидросфера и верхний слой литосферы с живущими или жившими в них организмами и следами человеческой деятельности (см. тему 9).
Таким образом, география не является наукой о Земле вообще (такая задача была бы непосильной для одной науки), а изучает только определенную и довольно тонкую ее пленку – ГО. Однако и в этих пределах природа изучается многими науками (биология, зоология, геология, климатология и др.). Какое же место занимает общее землеведение в системной классификации географических наук? Отвечая на этот вопрос, необходимо сделать одно пояснение. У каждой науки различаются объект и предмет изучения (объект науки – конечная цель, к которой стремится любое географическое исследование; предмет науки – ближайшая цель, задача, стоящая перед конкретным исследованием). При этом предмет изучения науки становится объектом изучения целой системы наук на более низкой классификационной ступени. Таких классификационных ступеней (таксонов) четыре: цикл, семейство, род, вид (рис. 1).
Вместе с географией в цикл наук о Земле входят геология, геофизика, геохимия, биология. Объектом всех этих наук является Земля, но предмет изучения у каждой из них – свой: для географии это земная поверхность как неразрывный комплекс естественного и социального происхождения; для геологии – недра; для геофизики – внутреннее строение, физические свойства и процессы, происходящие в геосферах; для геохимии – химический состав Земли; для биологии – органическая жизнь.
На уровне цикла в наибольшей степени выявляется предметная сущность единства географии. В цикле наук о Земле географию обособляет не только предмет изучения, но и основной метод – описательный. Старейший и общий для всех географических наук описательный метод продолжает усложняться и совершенствоваться вместе с развитием науки. В самом названии «география» (от греч. ge – Земля, grapho – пишу) заключен предмет и основной метод исследования. География на уровне цикла – это нерасчлененная география, родоначальница всех других географических наук. Она изучает наиболее общие закономерности и нерасчлененной называется потому, что ее выводы одинаково распространяются на все последующие подразделения географической науки.
Семейство географических наук образуют страноведение, физическая и экономическая география, картография. Все они имеют единый объект – земную поверхность, но разные предметы. Страноведение – синтез физической и экономической географии, на уровне семейства оно носит общегеографический триединый (природа, население, хозяйство) характер. Физическая география изучает географическую оболочку Земли, экономическая география – хозяйство и население в форме территориальных социально-экономических систем. Картография – наука об отображении и исследовании явлений природы и общества (их размещении, свойствах, взаимосвязях и изменениях во времени) посредством карт и других картографических изображений.
Особое место в семействе географических наук занимает история и методология географической науки. Это не традиционная история географических открытий, а история географических идей, история становления современных методологических основ географической науки. Первый опыт создания лекционного курса по истории и методологии географической науки принадлежит Ю.Г. Саушкину.
Рис. 1. Место общего землеведения в системе географических наук (по Ф.Н. Милькову)
Род физико-географических наук представлен физико-географическим страноведением, общим землеведением , ландшафтоведением, палеогеографией, частными отраслевыми науками. Эти разные науки объединяет один объект изучения – географическая оболочка. Предмет же изучения каждой из наук специфичен, индивидуален – это какая-либо одна из структурных частей или сторон географической оболочки (геоморфология – наука о рельефе земной поверхности; климатология и метеорология – науки, изучающие воздушную оболочку, формирование климатов и их географическое распространение; почвоведение – закономерности образования почв, их развитие, состав и закономерности размещения; гидрология – наука, изучающая водную оболочку Земли; биогеография изучает состав живых организмов, их распространение и формирование биоценозов). Предметом изучения ландшафтоведения является тонкий, наиболее активный центральный слой ГО – ландшафтная сфера, состоящая из природнотерриториальных комплексов разного ранга. Задача палеогеографии – изучение географической оболочки и динамики природных условий в прошлые геологические эпохи.
Предметом изучения общего землеведения (03) являются структура, внутренние и внешние взаимосвязи, динамика функционирования ГО как целостной системы.
Общее землеведение – фундаментальная наука, изучающая общие закономерности строения, функционирования и развития ГО в целом, ее компонентов и природных комплексов в единстве и взаимодействии с окружающим пространством-временем на разных уровнях его организации (от Вселенной до атома) и устанавливающая пути создания и существования современных природных (природно-антропогенных) обстановок, тенденции их возможного преобразования в будущем (Боков, Селиверстов, Черванев, 1998). Другими словами, общее землеведение – это наука или учение о той окружающей человека среде, где осуществляются все наблюдаемые нами процессы и явления и функционируют живые организмы.
В настоящее время ГО сильно изменилась под воздействием человека. В ней сосредоточены области наивысшей хозяйственной активности общества. Сейчас ее уже невозможно рассматривать без учета воздействия человека. В связи с этим в работах географов стало формироваться представление о сквозных направлениях (Максаковский, 1998; Котляков, 2001). В общем землеведении как фундаментальной науке особенно выделена важность таких направлений, как:
✓ гуманизация, т. е. поворот к человеку, всем сферам и циклам его деятельности; это новое мировоззрение, утверждающее ценности общечеловеческого, общекультурного достояния, поэтому география должна рассматривать связи «человек – хозяйство – территория – окружающая среда»;
✓ социологизация, т. е. повышение внимания к социальным аспектам развития;
✓ экологизация – направление, предполагающее рассмотрение человека в неразрывной связи со средой его обитания, условиями воспроизводства жизни; экологическая культура человечества должна включать осознанную необходимость и потребность соизмерять деятельность общества и каждого человека с возможностями сохранения позитивных экологических качеств и свойств окружающей среды.
В системе фундаментального географического образования курс общего землеведения выполняет несколько важных функций:
✓ Курс вводит будущего географа в его сложный профессиональный мир, закладывая основы географического мировоззрения и мышления. Процессы и явления рассматриваются в системной связи между собой и с окружающим пространством, тогда как частные дисциплины вынуждены изучать их, прежде всего, отдельно друг от друга.
✓ Землеведение – это теория ГО как целостной системы, являющейся носителем географической и иной информации развития материи, что имеет принципиальное значение для географии в целом и позволяет использовать положения землеведения в качестве методологической основы географического анализа.
✓ Землеведение служит теоретической базой глобальной экологии, которая сосредоточивает усилия на оценке текущего состояния и прогнозирования ближайших изменений географической оболочки как среды существования живых организмов и обитания человека с целью обеспечения экологической безопасности.
✓ Землеведение является теоретической базой и основой эволюционной географии – огромного блока дисциплин, исследующих и расшифровывающих историю возникновения и развития нашей планеты, ее окружения и пространственно-временную неоднородность геологического (географического) прошлого. Общее землеведение обеспечивает правильность понимания прошлого, аргументированность причин и следствий современных процессов и явлений в ГО, корректность их анализа и переноса на аналогичные события былого.
✓ Землеведение – это своеобразный мост между географическими знаниями, навыками и представлениями, полученными в школьных курсах, и теорией ГО.
1.2. История развития общего землеведения
Развитие общего землеведения как науки неотделимо от развития географии. Поэтому задачи, стоящие перед географией, являются в той же мере и задачами общего землеведения.
Всем наукам, в том числе и географии, свойственны три ступени познания:
✓ сбор и накопление фактов;
✓ приведение их в систему, создание классификаций и теорий;
✓ научный прогноз, практическое применение теории.
Задачи, которые ставила перед собой география, изменялись по мере развития науки и человеческого общества.
Античная география (VIII в. до н. э. – II в. н. э.) в основном выполняла описательную функцию - занималась описанием вновь открытых земель. Эта задача ставилась перед географией вплоть до Великих географических открытий XV–XVII вв. Описательное направление в географии не потеряло своего значения и в настоящее время, однако уже в античное время зарождалось другое, аналитическое , направление, когда появились первые географические теории.
В странах Запада география восходит к древнегреческим ученым (Гомер, Фалес Милетский, Анаксимандр, Геродот, Платон, Аристотель, Пифей, Эратосфен, Гиппарх, Страбон, Птолемей), создавшим систему основных понятий и модель, или парадигму, научного метода, которыми в течение многих столетий руководствовались западноевропейцы. Ученые Вавилонии, Ассирии собрали множество сведений о движении звезд и планет. Их утверждения, что расположение небесных тел оказывает решающее влияние на поступки людей, привели к развитию системы представлений, известной нам как астрология. Финикийцы принадлежали к числу первых мореплавателей и первооткрывателей новых земель. В своих плаваниях они проникали далеко за границы известных земель, но, занятые лишь торговлей, почти ничего не сообщали об увиденном.
Аристотель (философ, ученый, 384–322 до н. э.) – основоположник аналитического направления в географии. Его труд «Метеорологика» – по существу курс общего землеведения, в котором говорится о существовании и взаимном проникновении нескольких сфер, о круговороте влаги и образовании рек за счет поверхностного стока, об изменениях земной поверхности, морских течениях, землетрясениях, зонах Земли. Аристотель одним из первых предположил, что форма Земли – шар.
Эратосфену (275–195 до н. э.) принадлежит первое точное измерение окружности Земли по меридиану – 252 тыс. стадий, что близко к 40 тыс. км.
Большую и своеобразную роль в развитии общего землеведения сыграл древнегреческий астроном Клавдий Птолемей (ок. 90-160 н. э.), живший в период расцвета Римской империи. Птолемей различал географию и хорографию. Под первой он подразумевал «линейное изображение всей ныне известной нам части Земли, со всем тем, что на ней находится», под второй – подробное описание местностей; первая (география) имеет дело с количеством, вторая (хорография) – с качеством. Птолемеем были предложены две новые картографические проекции, на которых нанесена градусная сетка и показано большое количество географических объектов, за что его заслуженно считают «отцом» картографии. «Руководство по географии» (в основе геоцентрическая система мира) Птолемея из 8 книг завершает античный период в развитии географии.
В течение длительного периода Средневековья (раннего III–XI вв. и позднего XI–XV вв.) в разных государствах и регионах развитие географии и накопление сведений о Земле были неодинаковыми. Больше других пострадала Европа, где церковь преследовала науку и отвергала многие полученные ранее знания из области естествознания, например о шарообразности Земли, установленных очертаниях материков и т. д. В то же время средневековая география стран Центральной и Восточной Азии активно развивалась под влиянием торговли, строительства городов, издания книг и карт. К значительным трудам этого времени относятся работы Масуди, Бируни, Идриси, Ибн-Баттуты. Наиболее интересные сведения были собраны Марко Поло о Китае, Индии, Цейлоне и Аравии (1271–1295) и Афанасием Никитиным о Персии и Индии (1466–1478).
Переход от феодальных отношений к капиталистическим, развитие товарного производства, поиски новых торговых путей явились основными предпосылками эпохи Великих географических открытий XV–XVII вв. Основные вехи этой эпохи:
✓ открытие Америки экспедициями X. Колумба (1492–1504);
✓ открытие Васко де Гама морского пути в Индию (1497–1498);
✓ первое кругосветное путешествие Ф. Магеллана (1519–1520);
✓ открытие Сибири и Дальнего Востока походами Ермака (1581), И. Москвина (1639), С. Дежнева (1648), Е. Хабарова (1650–1653);
✓ поиски северо-западного и северо-восточного путей в Индию (экспедиции Дж. Кабота, Г. Гудзона, А. Баренца).
Достижением географии стало также широкое использование навигационных приборов и карт. Изобретение книгопечатания с металлических пластин И. Гутенбергом способствовало появлению печатных карт и атласов. Точность карт становилась более высокой благодаря использованию картографических проекций, разработанных главным образом фламандским картографом Г. Меркатором (1512–1594). Основные центры развития географии в этот период – Венеция, Флоренция, Голландия. Известные европейцам территории земного шара в результате Великих географических открытий увеличились в шесть раз. Было изучено 60 % всей суши, а также практически вся акватория Мирового океана.
Промышленная революция в капиталистических странах Европы, активная торговля колониальных держав (Португалии, Испании, Великобритании, Франции, Голландии), а также успехи науки оказывали существенное влияние на дальнейшее развитие географии. Продолжались крупные экспедиции с открытием Австралии и многих островов Тихого океана (Дж. Кук), изучением севера Евразии, Камчатки, Сахалина (П. Крузенштерн и Ю. Лисянский, В. Беринг, И. Прончищев, Д. Лаптев, С. Челюскин, Г Шелихов), открытием Антарктиды (Ф. Беллинсгаузен и М. Лазарев). Крупные успехи были достигнуты в изучении внутренних частей Азии (Н. Пржевальский, П. Семенов-Тян-Шанский, В. Обручев), Африки (Д. Ливингстон, Г. Стэнли, В. Юнкер, Е. Ковалевский, Н. Вавилов), Южной Америки (А. Гумбольдт, А. Веспуччи).
На рубеже XVI и XVII вв. начинают оформляться контуры землеведения. В 1650 г. в Голландии Бернхард Варений (1622–1650) публикует «Всеобщую географию» – труд, с которого можно вести отсчет времени общего землеведения как самостоятельной научной дисциплины. В нем нашли обобщение результаты Великих географических открытий и успехи в области астрономии, опирающейся на гелиоцентрическую картину мира. Предмет географии, по Б. Варению, составляет земноводный круг, образованный взаимопроникающими друг в друга частями – землей, водой, атмосферой. Земноводный круг в целом изучает всеобщая география. Отдельные области – предмет частной географии.
В XVIII–XIX вв., когда мир был в основном открыт и описан, на первое место вышли аналитическая и объяснительная функции : географы анализировали накопленные данные и создавали первые гипотезы и теории. Через полтора столетия после Варения развертывается научная деятельность Александра фон Гумбольдта (1769–1859). А. Гумбольдт – ученый-энциклопедист, путешественник, исследователь природы Южной Америки – представлял природу как целостную, взаимосвязанную картину мира. Величайшая заслуга его состоит в том, что он вскрыл значение анализа взаимосвязей как ведущей нити всей географической науки. Пользуясь анализом взаимосвязей между растительностью и климатом, он заложил основы географии растений; расширив диапазон взаимосвязей (растительность – животный мир – климат – рельеф), обосновал биоклиматическую широтную и высотную зональность. В своем труде «Космос» Гумбольдт сделал первый шаг к обоснованию взгляда на земную поверхность (предмет географии) как особую оболочку, развивая мысль не только о взаимосвязи, но и о взаимодействии воздуха, моря, Земли, о единстве неорганической и органической природы. Ему принадлежит термин «жизнесфера», по своему содержанию аналогичный биосфере, а также термин «сфера разума», получивший много позже название «ноосфера».
В одно время с А. Гумбольдтом работал Карл Риттер (1779–1859), профессор Берлинского университета, основатель первой кафедры географии в Германии. К. Риттер ввел в науку термин «землеведение», пытался количественно оценить пространственные соотношения между различными географическими объектами. К. Риттер создал научную школу, в которую входили такие крупные географы, как Э. Реклю, Ф. Ратцель, Ф. Рихтгофен, Э. Ленц, внесшие значительный вклад в понимание географических особенностей отдельных частей Земли и обогатившие содержание теоретического землеведения и физической географии.
Развитие географической мысли в России в XVIII–XIX вв. связано с именами крупнейших ученых – М.В. Ломоносова, В.Н. Татищева, С.П. Крашенинникова, В.В. Докучаева, Д.Н. Анучина, А.И. Воейкова и др. М.В. Ломоносов (1711–1765) – организатор науки, великий практик. Он исследовал Солнечную систему, открыл атмосферу на Венере, изучал электрические и оптические эффекты в атмосфере (молнии). В труде «О слоях земных» ученый подчеркнул важность исторического подхода в науке. Историзм пронизывает все его творчество независимо от того, говорит ли он о происхождении чернозема или о тектонических движениях. Законы формирования рельефа, изложенные Ломоносовым, до сих пор признаются учеными-геоморфологами. Ломоносов является основателем Московского государственного университета (МГУ).
В.В. Докучаев (1846–1903) в монографии «Русский чернозем» и А.И. Воейков (1842–1916) в монографии «Климаты земного шара, в особенности России» на примере почв и климата вскрывают сложный механизм взаимодействия компонентов географической оболочки. В конце XIX в. Докучаев приходит к важнейшему теоретическому обобщению в общем землеведении – закону мировой географической зональности. Он считает зональность всеобщим законом природы, который распространяется на все компоненты природы (в том числе и неорганические), на равнины и горы, сушу и море.
В 1884 г. Д.Н. Анучин (1843–1923) организует в МГУ кафедру географии и этнографии. В 1887 г. кафедру географии открывают в Петербургском университете, год спустя – в Казанском. Организатором кафедры географии в Харьковском университете в 1889 г. стал ученик Докучаева А.Н. Краснов (1862–1914), исследователь степей и зарубежных тропиков, создатель Батумского ботанического сада. В 1894 г. он стал первым в России доктором географии после публичной защиты диссертации. Краснов говорил о трех чертах научного землеведения, отличающих его от старой географии:
✓ научное землеведение ставит задачей не описание разрозненных явлений природы, а отыскание взаимной связи и взаимной обусловленности между явлениями природы;
✓ научное землеведение интересует не внешняя сторона явлений природы, а их генезис;
✓ научное землеведение описывает не неизменную, статичную природу, а природу изменяющуюся, имеющую свою историю развития.
Краснов – автор первого русского учебника для университетов по общему землеведению. Во введении к «Основам землеведения» автор утверждает, что география изучает не отдельные явления и процессы, а их сочетания, географические комплексы – пустыни, степи, области вечных снегов и льдов и т. п. Такой взгляд на географию как науку о географических комплексах был новым в географической литературе.
Наиболее четко мысль о наружной оболочке Земли как объекте физической географии была высказана П.И . Броуновым (1852–1927). В предисловии к курсу «Общая физическая география» П.И. Броунов писал, что физическая география изучает современное устройство наружной земной оболочки, состоящей из четырех концентрических сферических оболочек: литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Все эти сферы проникают одна в другую, обусловливая своим взаимодействием наружный облик Земли и все происходящие на ней явления. Изучение этого взаимодействия – одна из важнейших задач физической географии, делающая ее вполне самостоятельной, отличной от геологии, метеорологии и других родственных наук.
В 1932 г. Л.Л. Григорьев (1883–1968) выступает со статьей «Предмет и задачи физической географии», в которой говорится о том, что земная поверхность представляет собой качественно особую вертикальную физико-географическую зону или оболочку. Она характеризуется глубоким взаимопроникновением и активным взаимодействием литосферы, атмосферы и гидросферы, возникновением и развитием именно в ней органической жизни, наличием в ней сложного, но единого физико-географического процесса. Несколько лет спустя, в 1937 г., рассмотрению географической оболочки как объекта физической географии Григорьев посвящает специальную монографию. В его же работах нашел обоснование и один из основных методов исследования ГО – балансовый метод, учитывающий в первую очередь радиационный баланс, баланс тепла и влаги.
В эти же годы Л.C. Бергом (1876–1950) закладывались основы учения о ландшафте и географических зонах. В конце 1940-х гг. предпринимались попытки противопоставить учения А.А. Григорьева о физико-географической оболочке и физико-географическом процессе и Л.С. Берга о ландшафтах. Единственно правильную позицию в развернувшейся дискуссии занял С.В. Калесник (1901–1977), показавший, что эти два направления не противоречат друг другу, а отражают разные стороны объекта физической географии – географической оболочки. Данная точка зрения нашла воплощение в фундаментальном труде Калесника «Основы общего землеведения» (1947, 1955). Работа во многом способствовала глубокому познанию географической оболочки как объекта физической географии.
Продолжающаяся дифференциация географии привела к детальным разработкам ее отдельных частей. Появились специальные исследования ледникового покрова и его палеогеографического значения (К.К. Марков), геофизического механизма дифференциации земной поверхности по географическим зонам и высотной поясности (М.И. Будыко), истории климата на фоне изменений географической оболочки в прошлом (А.С. Монин), ландшафтных систем мира в их единстве и генетических различиях (А.Г. Исаченко), ландшафтной оболочки как части географической оболочки (Ф.Н. Мильков). В эти годы был установлен периодический закон географической зональности Григорьева – Будыко, выявлена огромная роль биоорганического вещества в формировании специфических геологических образований далекого прошлого (А.В. Сидоренко), появились новые направления географии – космическое землеведение, глобальная экология и т. д.
Начало современного этапа развития землеведения знаменуют 1980-е гг. Радио- и фотокосмические методы дают возможность дистанционного видения Земли и изучения динамических процессов, происходящих на ее поверхности. Стало доступным картографическое, математическое и физическое моделирование многих процессов, происходящих в географической оболочке. Особую роль играет системный подход, позволяющий рассматривать объекты природы как совокупность взаимодействующих компонентов, составляющих целостную географическую систему.
1.3. Основные методы исследований
Все разнообразие методов географических исследований сводится к трем категориям: общенаучные, междисциплинарные и специфические для данной науки (по Милькову, 1990).
Важнейшим общенаучным методом является материалистическая диалектика. Ее законы и основные положения о всеобщей связи явлений, единстве и борьбе противоположностей, переходе количественных изменений в качественные, отрицании отрицания составляют методологическую основу географии. С материалистической диалектикой связан и исторический метод. В физической географии исторический метод нашел свое выражение в палеогеографии. Общенаучное значение имеет системный подход к изучаемому объекту. Каждый объект рассматривается как сложное образование, состоящее из структурных частей, взаимодействующих друг с другом.
Междисциплинарные методы – общие для группы наук. В географии это математический, геохимический, геофизический методы и метод моделирования. Математический метод подразумевает использование для изучения объектов количественных характеристик, математической статистики. В последнее время широко применяется компьютерная обработка материалов. Это важный метод в географии, однако следует помнить, что творческая, думающая личность не должна ограничиваться лишь тестированием и запоминанием количественных характеристик. Геохимический и геофизический методы позволяют оценить потоки вещества и энергии в географической оболочке, круговороты, термический и водный режимы.
Ключевым понятием метода моделирования является модель – графическое изображение объекта, отражающее структуру и динамические связи, дающее программу дальнейших исследований. Широкую известность получили модели будущего состояния биосферы Н.Н. Моисеева.
Осознание системной организации географической оболочки привело к внедрению и признанию системного подхода как общенаучного междисциплинарного фундаментального принципа физической географии. Системный подход позволил выработать стройное представление об уровнях организации географической оболочки, ее структуре, взаимосвязях. Сформировалась четкая схема исследования компонентов географической оболочки с учетом их иерархичности и взаимосвязей. Кроме того, системный подход способствовал более быстрому проникновению в науку представлений, терминов и методов из математики, физики, биологии, экологии. Благодаря этому появились такие понятия, как целостность, упорядоченность, организация, устойчивость, саморегуляция, функционирование. В свою очередь, это дало толчок к изучению природных процессов и выяснению их роли в формировании тех или иных свойств географической оболочки. Наконец, благодаря системному подходу ускорилось понимание того, что антропогенное воздействие приводит к формированию нового типа геосистем – природно-антропогенных и техногенных (геотехнических).
К специфическим методам в географии относятся сравнительно-описательный, экспедиционный, картографический, аэрокосмический, метод балансов.
Сравнительно-описательный метод , так же как и картографический, – самый старый метод в географии. А. Гумбольдт в «Картинах природы» писал, что сравнивать между собой отличительные особенности природы отдаленных стран и представлять результаты этих сравнений – благодарная задача географии. Сравнение выполняет ряд функций: определяет ареал сходных явлений, разграничивает сходные явления, делает незнакомое знакомым. Выражением сравнительно-описательного метода служат различного рода изолинии – изотермы, изогипсы, изобары и т. д. Без них невозможно представить ни одной отраслевой или комплексной научной дисциплины физико-географического цикла.
Наиболее полное и разностороннее применение сравнительно-описательный метод находит в страноведении.
Экспедиционный метод называют полевым. Полевой материал, собранный в экспедициях, составляет хлеб географии, ее фундамент, опираясь на который только и может развиваться теория.
Экспедиция как метод сбора полевого материала берет начало в античные времена. Геродот в середине V в. до н. э. совершил многолетнее путешествие, давшее ему необходимый материал по истории и природе посещенных стран. В своем девятитомном труде «История» он описал природу, население, религию многих стран (Вавилон, Малая Азия, Египет), привел данные о Черном море, Днепре, Доне. Далее следует эпоха Великих географических открытий – путешествия Колумба, Магеллана, Васко да Гамы и др.). В один ряд с ними следует поставить Великую Северную экспедицию в России (1733–1743), цель которой заключалась в исследовании Камчатки (изучена природа Камчатки, открыт северо-запад Северной Америки, описано побережье Северного Ледовитого океана, нанесена на карту крайняя северная точка Азии – мыс Челюскин). Глубокий след в истории отечественной географии оставили Академические экспедиции 1768–1774 гг. Они были комплексными, в их задачу входило описание природы, населения и хозяйства огромной территории – Европейской России, Урала, части Сибири.
Разновидностью полевых исследований являются географические стационары. Инициатива их создания принадлежит А.А. Григорьеву, первый стационар под его руководством был создан на Тянь-Шане. Широкой известностью пользуются географический стационар Государственного гидрологического института на Валдае, географический стационар МГУ.
Картографический метод заключается в использовании карт в целях получения сведений (качественных и количественных характеристик), изучения взаимосвязей и взаимозависимостей явлений, установления динамики и эволюции явлений, нанесения данных мониторинга. Изучение географических карт – необходимое условие для успешных полевых работ. В это время выявляются пробелы в данных, определяются районы комплексных исследований. Карты – конечный итог полевых работ, они отражают взаиморасположение и структуру изученных объектов, показывают их взаимосвязи. Однако картографическое изображение недостаточно раскрывает динамику явлений, что в настоящее время преодолевается применением цифровых методов картографирования и созданием геоинформационных систем (ГИС).
Аэрофотосъемка используется в географии с 1930-х гг., космические съемки появились сравнительно недавно. Они позволяют в комплексе, на больших территориях и с большой высоты оценить изучаемые объекты.
В основу метода балансов положен универсальный физический закон – закон сохранения вещества и энергии. Установив все возможные пути входа и выхода вещества и энергии и измерив потоки, исследователь по их разности может судить, произошло ли накопление в геосистеме этих субстанций или они расходованы ею. Балансовый метод используется в землеведении в качестве средства исследования энергетики, водного и солевого режимов, газового состава, биологического и других круговоротов.
Все географические исследования отличает специфический географический подход – фундаментальное представление о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений, комплексный взгляд на природу. Он характеризуется территориальностью, глобальностью, историзмом.
В первую очередь землеведение - это базовая географическая дисциплина, на которой основываются такие разделы географии, как биогеография, космическое землеведение, климатология, а также почвоведение, метеорология и океанология. Таким образом, без ясного понимания задач и инструментов этой дисциплины невозможно качественное изучение других дисциплин.
Объект изучения
География и землеведение изучают Землю, ее поверхность и строение, а также следят за всеми процессами, которые происходят в среде обитания человека. Современными учеными землеведение относится к естественно-научному блоку географических дисциплин наряду с палеогеографией, гидрологией и почвоведением.
Главным объектом интереса землеведов является географическая оболочка Земли, которая имеет крайне сложное устройство и состоит из нескольких сфер, каждая из которых имеет свои особенности строения. Сегодня основные объекты изучения землеведения - это атмосфера, литосфера, гидросфера и биосфера.
Стоит отметить, что каждая из названных сфер изучается самостоятельной наукой, но вся оболочка как единое целостное образование, имеющее внутреннее непротиворечивое строение и свои законы функционирования, изучается именно землеведением.
Методы исследования в землеведении
Все многообразие научных методов землеведения - это общенаучные методы, междисциплинарные и специфические. Сложность каждого из этих методов обусловлена сложностью изучаемого объекта.
Наиболее продуктивной схемой изучения земной оболочки считается та, при которой интегрируются различные методы. Например, разумным считается совмещать исторический анализ и Кроме того, развитие современной вычислительной техники позволяет использовать такой эффективный метод исследования Земли, как моделирование.
Эффективным моделирование делает тот факт, что сегодня ученые располагают огромным массивом данных о состоянии экологии, климате и гидрологии и благодаря методу больших данных могут обобщать всю имеющуюся у них информацию, делая важные выводы.
Происхождение Земли
Землеведение 6 класса уделяет также внимание и тому, каким образом происходило формирование планеты. Сегодня ученые благодаря методу моделирования и имеющихся данных имеют довольно ясное представление о том, что планета формировалась из газо-пылевого облака, которое по мере остывания формировало планеты и малые космические объекты, такие как метеориты.
Кроме того, география 6 класса и землеведение изучают материки и океаны, а также тектонические платформы, которые образуют земную кору. Стоит обратит внимание на то, что толщина коры варьируется в зависимости от того, измеряется она на континенте или на океаническом дне.
Континентальная кора состоит из гранитного, базальтового и осадочного слоев и достигает толщины 40-50 километров. В то же время толщина земной коры на океаническом дне не превышает шести километров.
Гидросфера Земли
Гидросфера планеты является одной из тех оболочек, которые изучает землеведение. Это одна из самых важных для человеческой жизнедеятельности сфер, так как без чистой воды человек не сможет долго прожить, в то же время значительное число жителей планеты не имеют регулярного доступа к чистой качественной питьевой воде. Вся гидросфера земли состоит из подземных вод, рек, озер, океанов, морей и ледников.
Подземными водами называют все источники и резервуары воды, расположенные под земной поверхностью. Ложем подземных резервуаров служат водоупорные слои земной коры, которыми являются глиняные залежи и граниты.
Реками называют естественные потоки воды, которые движутся от истока, расположенного на возвышенности, к устью, расположенному в низине. Питание рек составляют талые воды, дожди и подземные источники. Важной особенностью реки как естественного водоема считается то, что она движется по руслу, которое сама себе прокладывает за продолжительное время.
На планете существуют несколько великих рек, которые оказывают огромное влияние на развитие культуры и производительных сил человечества. К таким рекам относят Нил, Евфрат, Тигр, Амазонку, Волгу, Енисей и Колорадо, а также некоторые другие полноводные реки.
Биосфера Земли
Землеведение - это не только наука о строении земной оболочки и физических процессах, проходящих в земной коре, но и дисциплина, изучающая развитие и взаимодействие крупных биологических сообществ. Современная биосфера состоит из десятков тысяч различных экосистем, каждая из которых сформирована в уникальных природных и исторических условиях.
Стоит отметить, что биологическая масса распределена на Земле крайне неравномерно. Большинство из многих миллионов видов живых организмов сосредоточены в местах, где имеется достаточное количество кислорода, солнечного света и питательных веществ - т.е. на поверхности земли и в верхних слоях земной коры и океана.
Однако последние научные данные свидетельствуют о том, что жизнь имеется также и на дне океанов, и даже в вечной мерзлоте Антарктиды.
Юлия Александровна Гледко
Общее землеведение: учебное пособие
Допущено
Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по специальностям «География (по направлениям)», «Гидрометеорология», «Космоаэрокартография», «Геоэкология»
Рецензенты:
кафедра физической географии учреждения образования «Белорусский государственный педагогический университет имени М. Танка» (доцент кафедры физической географии кандидат географических наук О. Ю. Панасюк);
декан факультета естествознания, доцент кафедры географии и охраны природы учреждения образования «Могилевский государственный университет имени А.А. Кулешова» кандидат педагогических наук, доцент И.Н. Шарухо
Введение
Общее землеведение – это отрасль географии, изучающая закономерности структуры, функционирования, динамики и эволюции географической оболочки на разных территориальных уровнях: глобальном, континентальном, зональном, региональном, локальном. Роль общего землеведения в системе географических наук уникальна. Представления землеведения (зональность, целостность, системность, эндогенное и экзогенное происхождение ряда форм рельефа и т. д.) играют ведущую роль в формировании гипотез о строении внешних оболочек других планет Солнечной системы, определяющих программы их исследования с помощью космических средств. Большинство наук о Земле опираются на базисные представления землеведения о взаимосвязях атмосферы, гидросферы, растительности и рельефа, суши и океанов, различных природных зон.
Общее землеведение – основа географического образования, его фундамент в системе географических наук. Наиболее важной задачей дисциплины является изучение географической оболочки, ее структуры и пространственной дифференциации, основных географических закономерностей. Эта задача обусловливает теоретическое содержание дисциплины. Наиболее общим для географии является закон географической зональности, поэтому в курсе общего землеведения прежде всего рассматриваются факторы, формирующие географическую оболочку и основную ее структурную особенность – горизонтальную (широтную) зональность. Законы целостности, эволюции, круговоротов вещества и энергии, ритмичности рассматриваются для всех сфер географической оболочки с учетом экологических условий.
Концепция землеведения, которая сложилась как системное учение о целостном объекте – географической оболочке – главным образом на протяжении XX в., в настоящее время приобретает дополнительную основу в виде космического землеведения, изучения глубинного строения Земли, физической географии Мирового океана, планетологии, эволюционной географии, исследования окружающей среды, ее сохранения для человечества и всего биологического многообразия. В связи с этим направленность общего землеведения заметно трансформировалась – от познания фундаментальных географических закономерностей к исследованию на этой основе «очеловеченной» природы с целью оптимизации природной среды и управления процессами, в том числе обусловленными человеческой деятельностью и ее последствиями, на планетарном уровне.
Современным направлением землеведения является создание единой интегрированной цифровой модели географической оболочки, подобной уже существующим моделям климатической системы, океанов, подземных вод и др. Ставится задача моделирования отдельных оболочек с целью постепенной интеграции их в единую модель планеты. Ключевым в построении данной модели в отличие от моделирования климата, океанов, оледенения является включение человеческой деятельности как основной силы, изменяющей географическую оболочку и в то же время зависящей от изменений, в ней происходящих. Перспектива создания такой модели заключается в широком использовании компьютерных технологий, развитии геоинформационных систем разного профиля и назначения, разработке новых принципов и средств сбора, обработки, хранения и передачи данных. Возникает необходимость во все большем объеме привлекать новые источники информации: аэрокосмические съемки, автоматические наблюдения с наземных и морских станций. Использование материалов аэрокосмических съемок позволяет получить новые фундаментальные знания о строении и развитии географической оболочки, организовать мониторинг геосистем разного ранга, обновить фонды топографических и тематических карт, а также создавать новые картографические документы научного и прикладного значения.
Представления и модели землеведения, существующие в настоящее время, наиболее ярко проявляются в процессе решения глобальных проблем, затрагивающих интересы всего человечества. Так, с концепциями землеведения связаны проблемы загрязнения атмосферы и гидросферы, включая переход локальных воздействий в глобальные, структурно-динамические изменения, происходящие в литосфере, нарушение регуляторной функции биоты и т. д.
Таким образом, спектр стоящих перед землеведением теоретических и практических задач огромен: исследование эволюции географической оболочки Земли; изучение истории взаимодействия природы и общества; анализ стихийных катастрофических природных явлений в их связи с хозяйственной деятельностью человека; разработка сценариев для моделирования отдельных оболочек с целью объединения их в единую модель планеты, прогнозирование глобальных изменений с учетом связей в системе «природа – население – хозяйство».
Место общего землеведения в системной классификации географических наук
1.1. Общее землеведение в системе географических наук
Географией называется комплекс тесно связанных между собой наук, который делится на четыре блока (Максаковский, 1998): физико-географические, социально-экономико-географические науки, картографию, страноведение. Каждый из этих блоков, в свою очередь, подразделяется на системы географических наук.
Блок физико-географических наук состоит из общих физико-географических наук, частных (отраслевых) физико-географических наук, палеогеографии. Общие физико-географические науки делятся на общую физическую географию (общее землеведение) и региональную физическую географию.
Все физико-географические науки объединяет общий объект исследования. Большинство ученых пришли к единому мнению о том, что все физико-географические науки изучают географическую оболочку. По определению Н.И. Михайлова (1985), физическая география – наука о географической оболочке Земли, ее составе, структуре, особенностях формирования и развития, пространственной дифференциации.
Географическая оболочка (ГО) – сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходят интенсивные взаимодействия минеральной, водной и газовой сред (а после возникновения биосферы – и живого вещества) под воздействием космических явлений, прежде всего солнечной энергии. Единой точки зрения по поводу границ географической оболочки среди ученых не существует. Оптимальными границами ГО являются верхняя граница тропосферы (тропопауза) и подошва зоны гипергенеза – граница проявления экзогенных процессов, в пределах которых находится основная масса атмосферы, вся гидросфера и верхний слой литосферы с живущими или жившими в них организмами и следами человеческой деятельности (см. тему 9).
Таким образом, география не является наукой о Земле вообще (такая задача была бы непосильной для одной науки), а изучает только определенную и довольно тонкую ее пленку – ГО. Однако и в этих пределах природа изучается многими науками (биология, зоология, геология, климатология и др.). Какое же место занимает общее землеведение в системной классификации географических наук? Отвечая на этот вопрос, необходимо сделать одно пояснение. У каждой науки различаются объект и предмет изучения (объект науки – конечная цель, к которой стремится любое географическое исследование; предмет науки – ближайшая цель, задача, стоящая перед конкретным исследованием). При этом предмет изучения науки становится объектом изучения целой системы наук на более низкой классификационной ступени. Таких классификационных ступеней (таксонов) четыре: цикл, семейство, род, вид (рис. 1).
Вместе с географией в цикл наук о Земле входят геология, геофизика, геохимия, биология. Объектом всех этих наук является Земля, но предмет изучения у каждой из них – свой: для географии это земная поверхность как неразрывный комплекс естественного и социального происхождения; для геологии – недра; для геофизики – внутреннее строение, физические свойства и процессы, происходящие в геосферах; для геохимии – химический состав Земли; для биологии – органическая жизнь.
Предметом землеведения является географическая оболочка - объем вещества разного состава и состояния, возникшего в земных условиях и сформировавшего специфическую сферу нашей планеты. Географическая оболочка в землеведении исследуется как часть планеты и Космоса, которая находится под властью земных сил и развивается в процессе сложного космическо-планетарного взаимодействия.
В системе фундаментального географического образования землеведение является своеобразным связующим звеном между географическими знаниями, навыками и представлениями, полученными в школе, и глобальным естествознанием. Этот курс вводит будущего географа в сложный профессиональный мир, закладывая основы географического мировоззрения и мышления. Географический мир в землеведении предстает в виде целостности, процессы и явления рассматриваются в системной связи между собой и с окружающим пространством. «В землеведении с фактов, как таковых, внимание переносится на выяснение всесторонних связей между ними и раскрытие сложной совокупности географических процессов на пространстве всего земного шара», - писал более полувека назад С. В. Калесник.
Землеведение принадлежит к числу фундаментальных естественных наук. В иерархии естественного цикла наук землеведение как частный вариант планетоведения должно находиться в одном ряду с астрономией, космологией, физикой, химией. Следующий ранг создают науки о Земле - геология, география, общая биология, экология и др. В системе географических дисциплин землеведение занимает особую роль. Оно предстает как бы «наднаукой», объединяющей информацию о всех процессах и явлениях, происходящих после формирования планеты из межзвездной туманности. За это время на нашей планете возникли земная кора, воздушная и водная оболочки, в разной степени насыщенные живым веществом. В результате их взаимодействия по периферии планеты сформировался специфический материальный объем - географическая оболочка. Изучение этой оболочки как комплексного образования и является задачей землеведения.
Землеведение служит теоретической базой глобальной экологии - науки, которая оценивает текущее состояние и прогнозирует ближайшие изменения географической оболочки как среды существования живых организмов с целью обеспечения их экологического благополучия. С течением времени состояние географической оболочки менялось и меняется от чисто природной к природно-антропогенной и даже существенно антропогенной. Но она всегда была и будет по отношению к человеку и живым существам окружающей средой. С таких позиций, основная задача землеведения - исследование глобальных изменений, происходящих в географической оболочке, для понимания взаимодействия физических, химических и биологических процессов, которые определяют экосистему Земли.
Землеведение является теоретической основой эволюционной географии - огромного блока дисциплин, исследующих историю возникновения и развития нашей планеты и ее окружения. Оно обеспечивает понимание прошлого и аргументированность причин и следствий современных процессов и явлений в географической оболочке. Исходя из того, что прошлое определяет современность, землеведение существенно помогает расшифровке тенденций развития практически всех глобальных проблем современности. Это своеобразный ключ к познанию мира.
Термин «землеведение» появился в середине XIX в. при переводе трудов немецкого географа К. Риттера русскими переводчиками под руководством П. П. Семенова-Тян-Шанского. Это слово имеет сугубо русское звучание. В настоящее время в иностранных языках понятию «землеведение» отвечают разные термины и его дословный перевод подчас затруднителен. Нами уже высказывалось мнение, что термин «землеведение» введен русскими исследователями как наиболее полно отражающий сущность переводимых описаний. В связи с этим вряд ли правильно утверждать, что «землеведение» имеет иностранное происхождение и введено К. Риттером. В работах Риттера такого слова нет, он говорил о познании Земли или общей географии, а русскоязычный термин - это плод русских специалистов.
Землеведение как системное учение сложилось главным образом на протяжении XX в. в итоге исследований крупнейших географов и естествоиспытателей, а также обобщений накопленных знаний. Однако его первоначальная направленность заметно трансформировалась, пройдя путь от познания фундаментальных при-родно-географических закономерностей к исследованию на этой основе «очеловеченной» природы в целях оптимизации окружающей (природной или природно-антропогенной) среды и управления ею на планетарном уровне, имея благородную задачу - сохранение всего биологического многообразия.
Рассматривая землеведение как фундаментальную естественную науку географического профиля, необходимо обратить внимание на главный методический прием исследования географических объектов - пространственно-территориальный, т. е. изучение любого объекта в его пространственном расположении и взаимосвязи с окружающими объектами. В связи с этим особо подчеркнем, что географическая оболочка - понятие объемное, где территория с ее глубиной (недрами и водами) и высотой (воздухом) формируется совместно под действием географических процессов и явлений, постоянно изменяющихся во времени.
Итак, землеведение - фундаментальная наука, изучающая общие закономерности строения, функционирования и развития географической оболочки в единстве и взаимодействии с окружающим пространством-временем на разных уровнях его организации (от Вселенной до атома) и устанавливающая пути создания и существования современных природных (природно-антропогенных) ситуаций и тенденции их возможного преобразования в будущем.
Литература
Боков В.А., Селиверстов Ю.П., Черванев И.Г. Общее землеведение. - СПб., 1998.
Будыко М. И. Эволюция биосферы. - Л., 1984.
Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А. Л. История атмосферы. -Л., 1985.
Веклич М.В. Проблемы палеоклиматологии. - Киев, 1987.
Вронский В. А., Войткевич Г. В. Основы палеогеографии. - Ростов-на-Дону, 1997.
Географические проблемы конца XX века / Отв. ред. Ю. П. Селиверстов. - СПб., 1998.
География: на грани веков / Отв. ред. Ю. П.Селиверстов. Тр. XI съезда РГО. - Т. 1.-СПб., 2000.
Геренчук К.И., Боков В.А., Черванев И.Г. Общее землеведение. - М., 1984.
Исаченко А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. - М., 1991.
Калесник СВ. Общие географические закономерности Земли. - М., 1970.
Любушкина С. Г., Пашканг К. В. Естествознание: Землеведение и краеведение. - М., 2002.
Марков К. К., Добродеев О. П., Симонов Ю.Г., Суетова И. А. Введение в физическую географию. - М., 1970.
Милъков Ф. И. Общее землеведение. - М., 1990.
Неклюдова М.Н. Общее землеведение. - М., 1976.
Николаев В. А. Ландшафтоведение. - М., 2000.
Синицын В.М. Введение в палеоклиматологию. - Л., 1980.
Шубаев Л. П. Общее землеведение. - М., 1977.
ГЛАВА 1. РУБЕЖИ ЗЕМЛЕВЕДЕНИЯ
Истоки землеведения были заложены в глубокой древности, когда человек стал интересоваться своим окружением на Земле и в Космосе. Однако древние мыслители не только описывали окрестности. Уже изначально люди систематически наблюдали за изменениями окружающего пространства и природными совпадениями, пытаясь установить причинно-следственные связи. Задолго до религиозных учений и представлений о божественном начале природы и жизни существовали взгляды на окружающий мир. Так постепенно складывались понятия и представления, многие из которых носили, несомненно, землеведческий характер.
Египтяне и вавилоняне прогнозировали время наступления наводнений в зависимости от расположения звезд, греки и римляне измерили Землю и установили ее положение в Космосе, китайцы и предки индусов постигали смысл жизни и взаимоотношения человека с его природным окружением. Мегалитические культуры неизвестных народов использовали закономерности движения Земли и положения планет и звезд для своих идеологических воззрений и построений культовых сооружений. Эти достижения характеризуют донаучный период познания и становления географических знаний. Многие открытия, приписанные мыслителям средневекового Возрождения, были известны уже в глубокой древности.
В доантичный период в Древней Индии возникло учение о материальной субстанции, которая представляла собой отдельные неделимые элементы (атомы) или их сочетания. Кроме материи, к неживым субстанциям относились пространство и время, а также условия покоя и движения. Жители Индии первыми провозгласили принцип непричинения вреда живым организмам. В Древнем Китае было создано учение о всеобщем законе мира вещей, согласно которому жизнь природы и людей протекает по определенному естественному пути, составляющему вместе с субстанцией вещей основу мира. В мире все находится в движении и изменении, в процессе которых все вещи переходят в свою противоположность. Древний Вавилон и Древний Египет дали примеры использования достижений астрономии, космологии и математики в практической жизни народов. Здесь возникли учения о происхождении мира (космогония) и его строении (космология). Вавилоняне установили правильную последовательность планет, сформировали звездное астральное мировоззрение, выделили знаки зодиака, ввели 60-ричную систему исчисления, лежащую в основе градусной меры и шкалы времени, установили периоды повторяемости солнечных и лунных затмений. В эпохи Древнего и Среднего царств в Египте были разработаны основы прогнозирования нильских разливов, создан солнечный календарь, точно определена продолжительность года и выделено 12 месяцев. Финикийцы и карфагеняне применили знания астрономии для навигации и ориентирования по звездам. Древними народами была высказана правильная и основополагающая до настоящего времени мысль об эволюции окружающего мира (от простого к сложному, от беспорядка к порядку), его постоянной изменчивости и обновлении.
В античное время было составлено представление о геоцент-ричном строении Мира (К.Птолемей, 165 - 87 гг. до н.э.), введены понятия «Вселенная» и «Космос», даны правильные оценки формы и размеров Земли. В это время сложилась система наук о Земле, основными направлениями которой были: описательно-страноведческое (Страбон, Плиний Старший), математико-гео-графическое (пифагорейцы, Гиппарх, Птолемей) и физико-географическое (Эратосфен, Посидоний).
Многое дали развитию географии и ее отдельных направлений эпохи Средневековья и Возрождения - время великих географических открытий (с конца XV в.), когда получили широкое развитие путешествия, принесшие огромный фактический материал о морях и землях, обобщение которого совершенствовало представления о географическом пространстве. Была практически доказана шарообразность Земли, единство вод Мирового океана, впервые создан глобус (в первой половине XV в. до кругосветного плавания Магеллана). Н.Коперник обнародовал свою гелиоцентрическую систему строения Вселенной, а Д.Бруно высказал идею о бесконечности Вселенной и множественности миров. В океанах были обнаружены течения (в частности, Гольфстрим), зоны штилей и муссонов. Г. Меркатор предложил новую проекцию и создал мировую карту, удобную для навигации. С этим периодом связаны появление сравнительно географических описаний, создание теорий научных заключений методами индукции (Ф. Бэкон) и дедукции (Р.Декарт), разработка метода изолиний для составления батиметрических, а затем и гипсографических карт. Конструирование зрительной трубы, термометра и барометра позволило приступить к развитию экспериментальной географии и инструментальным наблюдениям.
На рубеже XVI и XVII вв. начинают оформляться контуры землеведения. Н.Карпентер (1625) попытался свести воедино сведения о природе Земли. Несколько позже (1650) появился труд Б. Варениуса, который можно считать официальным началом землеведения, где он записал, что «всеобщая география называется та, которая рассматривает Землю вообще, изъясняет ее свойства, не вступая в подробное стран описание». В 1664 г. Р. Декарт дал естественно-научное объяснение происхождения Земли. Он считал, что Солнце и все планеты Солнечной системы образовались в результате вихревого движения мельчайших частиц материи, а при формировании Земли произошла дифференциация вещества на огненно-жидкое металлическое ядро, твердую кору, атмосферу и воду. Этот труд породил много представлений (Т. Барнет, Дж. Вудворд, У. Уистон) о происхождении тел окружающего пространства и поведении земных масс. Возникли гипотеза контракции, базирующаяся на взглядах о сокращении объема планеты по мере ее остывания (Э. Бомон), предположения о зависимости крупных форм рельефа от движений земных масс, представления о непрерывной связи внутренних и внешних сил развития Земли (М.Ломоносов). Впервые были предприняты попытки классифицировать живые организмы (Дж.Рей, К.Линней, Ж.Ламарк), а естественную историю Земли стали рассматривать совместно с живыми организмами, включая человека (Ж.Бюффон, Г.Лейбниц).
В середине XVIII в. появились новые научно обоснованные теории и гипотезы. Первой в этом ряду следует назвать теорию мироздания и образования Солнечной системы И.Канта (1755), в которой автор опирался на открытые И.Ньютоном (1686) законы всемирного тяготения и движения материи. Он предложил механическую модель происхождения мира из первоначально рассеянной неоднородной материи путем самопроизвольного усложнения ее структуры. Признавая вечность и бесконечность Вселенной, И. Кант говорил о возможности нахождения в ней жизни. По существу, с И. Канта началось познание истории природы и Земли на строго научной основе. Среди многих замечательных имен отметим исследователей, создавших фундамент современного землеведения как обобщающей науки о Земле.
А.Гумбольдт и К.Риттер являются крупнейшими учеными-географами и путешественниками первой половины XIX в., которые внесли огромный вклад в разработку многих географических понятий и закономерностей. А.Гумбольдт (1769-1859) создал 5-томный труд «Космос» по сравнительному землеведению (физическому миропониманию в оригинальной редакции) и написал о своих путешествиях по Новому Свету в 30 томах. В них он изложил новейшие идеи: ввел понятия «земной магнетизм», «магнитный полюс» и «магнитный экватор», обосновал эволюционные изменения земной поверхности, заложил основы палеогеографии, сравнил фауну Южной Америки и Австралии, установив их связи и различия, исследовал очертания континентов и положения их осей, изучил высоты материков и определил положение центров тяготения континентальных масс. При изучении атмосферы Гумбольдтом были установлены изменения воздушного давления в зависимости от широты и высоты места и времени года, выяснено климатическое распределение теплоты, влажности, воздушного электричества, доказана тесная связь внут-риземных и атмосферных процессов, а также взаимозависимость системы атмосфера-океан-суша. Понятие «климат» ученый употреблял в широком географическом понимании как свойство атмосферы, «...сильно зависимое от состояний моря и земли и произрастающей на ней растительности». Он также обосновал зависимость живой природы от климата и заложил основы научной геохимии.
С именем К.Риттера (1779-1859) связано становление современной географии. Он показал интегрирующую роль географии в естествознании и познании окружающего мира, сформулировал вполне материалистичный взгляд на природу как совокупность всех вещей, «существующих вблизи и вдали от нас, соединенных временем и пространством в стройную систему», высказал идею равновесия природных процессов и явлений в постоянных круговоротах и превращениях, доказал взаимодействие суши, моря и воздуха в процессе функционирования. В 1862 г. Риттер создал первый курс землеведения (на русский язык переведен в 1864 г.), основой которого он полагал физическую географию, объясняющую силы (процессы) природы. Оригинальную систему природы Земли ученый рассматривал как своеобразный организованный и постоянно развивающийся единый организм, отличающийся особым строением, законами и механизмами развития. К. Риттер придерживался мнения, что, только опираясь на идею земного организма или целостности Земли, можно представить появление и развитие ее составных частей, понять тайну устройства планеты. Он обосновал понятия «земное пространство» как целостное трехмерное единство и один из объектов физической географии и «ландшафт» в его современном значении, подчеркивая при этом его важную роль как основы органической жизни. Ученым разработано представление о рельефе как о пластике и конфигурации земной поверхности, создана классификация крупных форм рельефа, введены понятия «нагорье», «плоскогорье», «горная страна», «среда», «элемент», а также рассмотрена зависимость различных природных тел и этносов от географического положения.
К. Риттер создал научную школу, в которую входили такие крупные географы, как Э.Реклю, Ф.Ратцель, Ф. Рихтгофен, Э.Ленц, внесшие значительный вклад в понимание географических особенностей отдельных частей Земли и обогатившие содержание теоретического землеведения и физической географии.
Вторая половина XIX в. характеризуется новыми разработками в географических науках, из которых появились самостоятельные дисциплины. Наибольшая роль в это время принадлежит российским исследователям.
А.И.Воейков (1842- 1916) известен как основоположник климатологии. Он установил важнейшие факторы образования климата, обосновал энергетический баланс земного шара, объяснил механизм теплопередачи и климатические процессы в различных географических поясах.
Взаимосвязь природных явлений исследовалась В.В.Докучаевым (1846-1903). Основным результатом его трудов следует считать разработку понятия «природный комплекс» применительно к почве - самостоятельному естественноисторическому телу и продукту взаимодействия климата, живых организмов и материнских горных пород. Исследуя почвы и растительность, он ввел понятия «естественные исторические процессы» и «зоны природы», которые легли в основу открытого им закона мировой зональности. Докучаевым сформулирована программа комплексной и единой парадигмы нового естествознания - науки о соотношениях между живой и неживой природой, между человеком и окружающим его миром.
Г.Н.Высоцкий (1865-1940) внес существенный вклад в понимание процессов функционирования природных комплексов. Он установил водорегулирующую роль верхнего горизонта почвы, выделил типы почв по характеру водного режима. Ему удалось показать значение леса в гидроклиматических особенностях географической оболочки и его роль как одного из факторов развития географической среды. В методическом отношении его исследования обогатили науки о Земле применением пространственно-временных диаграмм для выявления изменений.
Примерно в эти же годы З.Пассарге (1867- 1958) ввел фундаментальное понятие физической географии - «естественный ландшафт» - территорию, где все компоненты природы обнаруживают соответствие. Он выделил факторы ландшафта, составил ландшафтную классификацию на примере Африки.
В России в эти же годы близкими вопросами занимался Л. С. Берг (1876- 1950), который обосновал понятие «ландшафтная зона» как совокупность одних и тех же ландшафтов и разработал обоснованное деление территории Сибири и Туркестана, а затем и всего Советского Союза на географические (ландшафтные) зоны. Он утвердил понятие о ландшафте как о закономерном единстве предметов и явлений, где целое влияет на части, а части - на целое. Им были заложены основы ландшафтно-географического районирования с выделением зон и ландшафтов как реально существующих природных образований с естественными границами. Берг сформулировал идею о смене ландшафтов в ходе развития планеты и доказал необратимость этих смен. Географию он считал наукой о географических ландшафтах, придавая ей тем самым страноведческий характер, а землеведение рассматривал как отрасль физической географии.
А.Н.Краснов (1862- 1914) известен как основоположник конструктивного землеведения, позволившего ему на этой основе разработать и осуществить мероприятия по преобразованию Черноморских субтропиков. Он создал первый курс «Общего землеведения» (1895-1899), задачей которого было нахождение причинной связи между формами и явлениями, обусловливающими несходство различных частей земной поверхности, а также исследование их характера, распространения и влияния на жизнь и культуру человека. Краснов подчеркивал антропоцентричность географии. Ему принадлежат классификации климатов и растительного покрова Земли, районирование земного шара по типам растительности, исходя из зонально-регионального принципа. К пониманию зональности географических процессов и явлений он подошел до открытия В.В.Докучаевым закона мировой зональности и описаний Л. С. Бергом ландшафтных зон. Оценивая научное наследие А. Н. Краснова, необходимо подчеркнуть, что он был первым исследователем землеведения, который практически воплотил часть своих выводов в переустройстве обширной территории. В отличие от предшественников задачей землеведения ученый считал не описание разрозненных явлений природы, а выявление взаимной связи и взаимообусловленности между явлениями природы, полагая, что научное землеведение интересует не внешняя сторона явлений, а их генезис.
Вслед за учебником А. Н. Краснова было издано «Общее землеведение» А. А. Крубера (1917), где дано понятие «земная оболочка», или «геосфера» (впоследствии разработанное А.А.Григорьевым). Крубер подчеркивал единство всех компонентов географической среды, которые необходимо изучать в целостности. Этот учебник был основным всю первую половину XX в.
Огромное значение для развития землеведения имели работы В. И. Вернадского (1863- 1945), главным образом его учение о биосфере. Введенное им понятие «живое вещество» и доказательство его широчайшего распространения и постоянного участия в природных процессах и явлениях, поставили вопрос о необходимости нового понимания сущности географической оболочки, которую следовало рассматривать как биокосное формирование. Научно-философские рассуждения позволили Вернадскому наряду с другими учеными (Л.Пастером, П.Кюри, И.И.Мечниковым) высказать мнение о космическом происхождении жизни (теория панспермии) и особом характере живого вещества. Биосферу ученый понимал как взаимосвязанную систему живых организмов и среды их обитания. К сожалению, многие взгляды Вернадского, в том числе его учение о ноосфере, долгое время были недостаточно востребованы и практически не учитывались в землеведении.
Новый этап в развитии землеведения совпадает с началом и серединой XX в. и связан с именами А. А. Григорьева (1883- 1968), С.В.Калесника (1901-1977), К.К.Маркова (1905-1980) и других ученых, которые вывели землеведение на современный путь развития. А.А.Григорьев ввел фундаментальные понятия, являющиеся объектом и предметом землеведения - «географическая оболочка» и «единый физико-географический процесс», объединив экологический подход в изучении географии с необходимостью взаимосвязанного рассмотрения всех процессов и явлений на Земле. Он заявил о землеведении как потенциальном разработчике и носителе общепланетарной стратегии выживания человечества в отношениях с природой.
С. В. Калесник обобщил достижения землеведения в своем учебнике (1947 г. и последующие переиздания), включив в него новые суждения о компонентах географической оболочки. Этот учебник и сегодня сохраняет свою ценность и является своеобразным примером для написания учебных материалов.
Продолжающаяся дифференциация географии привела к детальным разработкам ее отдельных частей. Появились специальные исследования ледникового покрова и его палеогеографического значения (К. К. Марков), геофизического механизма дифференциации земной поверхности по географическим зонам и высотной поясности (М. И. Будыко), истории климата на фоне изменений географической оболочки в прошлом (А. С. Монин), энергетического баланса Земли по дистанционным наблюдениям (К.Я. Кондратьев), ландшафтных систем Мира в их единстве и генетических различиях (А. Г. Исаченко), ландшафтной оболочки как части географической оболочки (Ф. Н. Мильков). В эти годы был установлен периодический закон географической зональности Григорьева- Будыко, выявлена огромная роль биоорганического вещества в формировании специфических геологических образований далекого прошлого (А.В.Сидоренко), появились новые направления географии - космическое землеведение, экологическая география, или глобальная экология, практически слились воедино исследования «точного» (физико-математического) и «натурального» (биолого-географического) естествознания в комплексную систему землеведения.
Середина и вторая половина XX в. были особенно наполнены событиями в различных отраслях знаний, которые потребовали качественных изменений во взглядах и суждениях.
Отметим наиболее значимые из них:
Поверхности планет и их спутников сложены горными породами основного и ультраосновного состава и испещрены кратерными неровностями - следами падений метеоритов или других космических тел;
На объектах Солнечной системы почти повсеместно отмечены вулканические процессы и льдистые образования, часть из которых может быть замерзшей водой; большинство космических тел имеет
Собственную атмосферу со следами кислорода и органических соединений (метан и др.); в космическом пространстве широко распространено органическое вещество, в том числе за пределами Солнечной системы; вокруг Земли существует пылевая сфера - космическая пыль, состоящая из минерального и органического веществ;
Живые организмы на Земле обнаружены во всех сферах и различных обстановках: внутри горных пород на удалении от поверхности на тысячи метров, при температуре окружающей среды в сотни градусов по Цельсию и давлении в тысячи атмосфер, в условиях высоких значений радиоактивного и иного излучения, при низких температурах почти до абсолютного нуля, на дне океанов в условиях вулканических извержений (белые и черные курильщики), в различных рассолах, включая металлоносные, в абсолютной темноте и без присутствия кислорода; фотосинтез может проходить без солнечного света (при свете от подводных извержений), а бактерии могут производить органическое вещество за счет химической энергии (хемосинтез); живые организмы чрезвычайно многообразны и сложны по своему строению, хотя и состоят из ограниченного количества биохимических соединений и генетических кодов;
Дно океанов сформировано главным образом молодыми базальтами с прослоями осадков в течение последних 150 млн лет; расширение рифтогенных образований на дне океанов идет в настоящее время со средними скоростями 4 - 5 см/год; на дне океанов широко развиты процессы дегазации вещества мантии - магмы, вулканических газов, ювенильных (впервые появившиеся) глубинных вод, термальных и металлоносных образований;
Строение коры континентов и дна океанов принципиально различается;
Континенты имеют древние (более 3,0 - 3,5 млрд лет) архейские ядра, что свидетельствует о постоянном местоположении их центральных частей и разрастании площадей современных материков главным образом за счет наращивания по периферии более молодых геологических структур; горные породы материков допалеозойского возраста (более 1 млрд лет) в большинстве случаев метаморфизованы;
Удельный вес кислорода атмосферного воздуха больше удельного веса фотосинтетического кислорода, что указывает на глубинный источник его происхождения при дегазации вещества мантии; исследование дегазируемого вещества в пределах суши показало присутствие в нем (%) диоксида углерода - около 70, оксида углерода - до 20, ацетилена - 9, оксида серы - 3,7, метана - 2,1, доля азота, водорода и этана не превышает 1 %;
В толщах Мирового океана происходит повсеместное перемешивание вод в виде восходящих и нисходящих потоков, разнообразных многоярусных течений, вихрей и др.;
Взаимодействие океана и атмосферы носит более сложный характер, чем предполагалось ранее (например, Эль-Ниньо и Ла-Нинья);
Природные катастрофы приводят к перемещению огромных масс вещества и энергии, что превышает эффект антропогенного воздействия на окружающую среду.
Новые данные убеждают в необходимости их учета при совершенствовании теоретических основ современного землеведения. Задача огромная, но посильная для исследователей XXI века. Следует максимально учитывать имеющиеся факты, интерпретируя их не только с позиций сегодняшних условий на поверхности Земли и прогрессивно-эволюционной направленности формирования геосистем, но и возможности иного пути развития (в частности направленно скачкообразного, эволюционно-катастрофического).
Контрольные вопросы
Каковы основные вехи становления землеведения?
Каков вклад ученых Древнего мира в землеведческие знания?
Какие открытия стимулировали развитие землеведения в эпоху Возрождения?
Как происходило развитие землеведения в XVII -XIX вв.?
Каков вклад российских исследователей в землеведение?
В чем состоит новейший этап развития землеведения?
Каковы современные проблемы землеведения?
ЛИТЕРАТУРА
Аплонов СВ. Геодинамика. - СПб., 2001.
Голубчик М.М., Евдокимов СП., Максимов Г.И. История географии. - Смоленск, 1998.
Джеймс П., Мартин Дж. Все возможные миры. История географических идей. - М., 1988.
Джонстон Р.Дж. География и географы. - М., 1987.
Есаков В. А. Очерки истории географии в России XVIII -начала XX века. - М., 1999.
Исаченко А. Г. Развитие географических идей. - М., 1971.
Жекулин В. С. Введение в географию. - Л., 1989.
Мукитанов Н. К. От Страбона до наших дней. - М., 1985.
Русское географическое общество. 150 лет. - М., 1995.
Саушкин Ю.Г. История и методология географической науки. - М., 1976.
Географическая оболочка – предмет общего землеведения
Географическая оболочка – это внешний слой планеты, в котором соприкасаются и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера, т.е. косное и живое вещество. Географической эта система называется потому, что объединяет в единое целое неживую и живую природу. Ни одна другая земная сфера, как и любая известная оболочка остальных планет Солнечной системы, не имеет подобного комплексного объединения из-за отсутствия в них органического мира. Географическая оболочка
Важнейшими особенностями географической оболочки является ее исключительное богатство формами проявления свободной энергии, чрезвычайное разнообразие веществ по химическому составу и агрегатному состоянию, их видами и массами - от свободных элементарных частиц через атомы, молекулы к химическим соединениям и сложных тел, включая растительный и животный мир, на вершине эволюции которого находится человек. Среди других специфических признаков стоит выделить наличие в пределах этой природной системы воды в жидком состоянии, осадочных пород, различных форм рельефа, почвенного покрова, концентрацию и аккумуляцию солнечного тепла, большую активность большинства физико-географических процессов.
Географическая оболочка генетически неразрывно связана с поверхностью Земли, является ареной ее развития. На земной поверхности очень динамично развиваются процессы, обусловленные солнечной энергией (например действие ветра, воды, льда). Эти процессы вместе с внутренними силами и влиянием силы тяжести перераспределяют огромные массы горных пород, воды, воздуха и даже вызывают спуска и подъема определенных участков литосферы. Наконец, на поверхности Земли или вблизи от нее наиболее интенсивно развивается жизнь.
Главными чертами и закономерностями географической оболочки является целостность, ритмичность, зональность и круговорот вещества и энергии .
Целостность географической оболочки заключается в том, что изменение в развитии любого компонента природы обязательно вызывает изменение всех других (например, изменение климата в различные эпохи развития Земли отразилась на природе всей планеты). Масштабы этих изменений различны: они могут равномерно охватывать всю географическую оболочку или проявляться только на отдельных ее участках.
Ритмичность - это повторение одинаковых явлений природы через определенные промежутки времени. Таковы, например, суточные и годовые ритмы, особенно наиболее заметны в природе. Циклическими являются длительные эпохи потеплений и похолоданий, колебания уровня озер, морей, Мирового океана в целом, наступление и отступление ледников и т.
Зональность - закономерное изменение в пространстве строения компонентов географической оболочки. Различают горизонтальную (широтную ) и вертикальную (высотное) зональность. Первая обусловлена различным количеством тепла, поступающего на различные широты в связи с шаровидной формой Земли. Другой вид зональности - высотная поясность - проявляется только в горах и обусловлена изменением климата в зависимости от высоты.
Круговорот вещества и энергии приводит непрерывное развитие географической оболочки. Все вещества в ней находятся в постоянном движении. Часто круговороты вещества сопровождаются кругооборотами энергии. Например, в результате круговорота воды происходит выделение тепла при конденсации водяного пара и поглощения тепла при испарении. Биологический круговорот чаще всего начинается с превращения растениями неорганических веществ в органические. После отмирания органическое вещество превращается в неорганическую. Благодаря круговоротом происходит тесное взаимодействие всех компонентов географической оболочки, их взаимосвязанный развитие
Таким образом, географическая оболочка включает в себя всю гидросферу и биосферу, а также нижнюю часть атмосферы (в ней, правда, сосредоточено около 80% массы воздуха) и поверхностные слои литосферы.
Землеведение – наука о наиболее общих закономерностях географической оболочки Земли, ее вещественном составе, структуре, развитии и территориальном расчленении. Землеведение – раздел физической географии. Слово «география» означает «землеописание». Объектом землеведения является географическая оболочка Земли.
Географическая оболочка – это внешний слой планеты, в котором соприкасаются и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера, т.е. косное и живое вещество. Географическая оболочка - физическое тело. Верхняя ее граница находится между тропосферой и стратосферой на высоте 16-18 км. Нижняя граница на суше, находится на глубине 3-5 км. Гидросфера полностью включается географическую оболочку. Энергетическим компонентом географической оболочки является лучистая энергия Солнца и внутренняя энергия Земли.
Та сторона объекта, которая рассматривается наукой на определенном этапе развития, составляет предмет ее исследования. До середины 19 века предметом землеведения было описание земной поверхности. Сегодня предметом землеведения являются также изучение закономерности процесса, происходящего в географической оболочки, круговороты вещества и энергии, взаимодействия человеческого общества и природы.
Задачей землеведения является познание закономерностей строения, динамики и развития географической оболочки для разработки системы оптимального взаимодействия с происходящими процессами в ней. Землеведение в своих исследованиях использует разнообразные методы, как специальные географические, так и методы других наук. Наибольшее значение имеет экспедиционный (для полевых географических исследований); экспериментальный (для выявления роли отдельных факторов в природных явлениях); сравнительно – описательный (для установления характерных черт объектов); математический (для получения количественных характеристик природных явлений); статистический (для характеристики изменяющихся во времени и пространстве показателей; например, температура, соленость вод и прочее); картографический метод (для изучения объектов с помощью модели – карты); геофизический (для исследования строения земной коры и атмосферы); геохимический (для изучения химического состава и географической оболочки); аэрокосмический (использование аэрофотосъемки земной поверхности).
Строение Вселенной
Вселенная предстаёт перед нами всюду одинаковой - «сплошной» и однородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал однородность мира.
У Вселенной есть и ещё одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находиться в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.
Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, как неизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяются деревья.
Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.
Фридман открыл подвижность звёздной Вселенной. Это было теоретическое предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.
Он обнаружил, что далёкие галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.
Если Вселенная расширяется, то, значит, в далёком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звёзд, ни галактик ещё не было и всё вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем её сейчас.
Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.
Гипотезы захвата
Очевидно, что небулярная гипотеза Шмидта, а равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального происхождения, как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Это так называемые гипотезы захвата.
Однако, избежав целого ряда противоречий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие, специфические противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего, возникает серьезное сомнение, может ли крупное небесное тело, такое, как планета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти с гиперболической орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, ни притяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект.
Возникает вопрос: не разлетятся ли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении? Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизи которого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, в десятки км. в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются на осколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся в космическое пространство в виде большого роя метеоритов. И только, быть может, несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет и превратятся в их спутники - астероиды.
Второе возражение, которое выдвигают оппоненты авторам гипотез захвата, относится к вероятности такого столкновения. По расчетам, выполненным многими небесными механиками, вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного небесного тела, очень мала, так что одно столкновение может произойти за сотни миллионов лет. А ведь это столкновение должно произойти очень «удачно», т. е. столкнувшиеся небесные тела должны иметь определенные массы, направления и скорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечной системы. И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но и остаться целыми и невредимыми. А это нелегкая задача для природы.
Что же касается захвата блуждающих планетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационного притяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либо его вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считать не закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системе имеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов и больших комет, что опровергает гипотезы захвата.
УСЛОВИЯ ДЛЯ ЗАТМЕНИЯ СОЛНЦА
Во время солнечного затмения между нами и Солнцем проходит Луна и скрывает его от нас. Рассмотрим подробнее условия, при которых может наступить затмение Солнца.
Наша планета Земля, вращаясь в течение суток вокруг своей оси, одновременно движется вокруг Солнца и за год делает полный оборот. У Земли есть спутник - Луна. Луна движется вокруг Земли, и полный оборот совершает за 29 1/2 суток.
Взаимное расположение этих трех небесных тел все время меняется. При своем движении вокруг Земли Луна в определенные периоды времени оказывается между Землей и Солнцем. Но Луна - темный, непрозрачный твердый шар. Оказавшись между Землей и Солнцем, она, словно громадная заслонка, закрывает собой Солнце. В это время та сторона Луны, которая обращена к Земле, оказывается темной, неосвещенной. Следовательно, солнечное затмение может произойти только во время новолуния. В полнолуние Луна проходит от Земли в стороне, противоположной Солнцу, и может попасть в тень, отбрасываемую земным шаром. Тогда мы будем наблюдать лунное затмение.
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,5 млн. км,а среднее расстояние от Земли до Луны - 384 тыс. км.
Чем ближе предмет, тем большим он нам кажется. Луна по сравнению с Солнцем ближе к нам почти: в 400 раз, и в то же время ее диаметр меньше диаметра Солнца также приблизительно в 400 раз. Поэтому видимые размеры Луны и Солнца почти одинаковы. Луна, таким образом, может закрыть от нас Солнце.
Однако расстояния Солнца и Луны от Земли не остаются постоянными, а слегка изменяются. Происходит это потому, что путь Земли вокруг Солнца и путь Луны вокруг Земли - не окружности, а эллипсы. С изменением расстояний между этими телами изменяются и их видимые размеры.
Если в момент солнечного затмения Луна находится в наименьшем удалении от Земли, то лунный диск будет несколько больше солнечного. Луна целиком закроет собой Солнце, и затмение будет полным. Если же во время затмения Луна находится в наибольшем удалении от Земли, то она будет иметь несколько меньшие видимые размеры и закрыть Солнце целиком не сможет. Останется незакрытым светлый ободок Солнца, который во время затмения будет виден как яркое тоненькое кольцо вокруг черного диска Луны. Такое затмение называют кольцеобразным.
Казалось бы, солнечные затмения должны случаться ежемесячно, каждое новолуние. Однако этого не происходит. Если бы Земля и Луна двигались видной плоскости, то в каждое новолуние Луна действительно оказывалась бы точно на прямой линии, соединяющей Землю и Солнце, и происходило бы затмение. На самом деле Земля движется вокруг Солнца в одной плоскости, а Луна вокруг Земли - в другой. Эти плоскости не совпадают. Поэтому часто во время новолуний Луна приходит либо выше Солнца, либо ниже.
Видимый путь Луны на небе не совпадает с тем путем, по которому движется Солнце. Эти пути пересекаются в двух противоположных точках, которые называются узлами лунной о р б и т ы. Вблизи этих точек пути Солнца и Луны близко подходят друг к другу. И только в том случае, когда новолуние происходит вблизи узла, оно сопровождается затмением.
Затмение будет полным или кольцеобразным, если в новолуние Солнце и Луна будут находиться почти в узле. Если же Солнце в момент новолуния окажется па некотором расстоянии от узла, то центры лунного н солнечного дисков не совпадут и Луна закроет Солнце лишь частично. Такое затмение называется частным.
Луна перемещается среди звезд с запада на восток. Поэтому закрытие Солнца Луной начинается с его западного, т. е. правого, края. Степень закрытия называется у астрономов фазой затмения.
Вокруг пятна лунной тени располагается область полутени, здесь затмение бывает частным. Поперечник области полутени составляет около 6-7 тыс. км. Для наблюдателя, который будет находиться вблизи края этой области, лишь незначительная доля солнечного диска покроется Луной. Такое затмение может вообще пройти незамеченным.
Можно ли точно предсказать наступление затмения? Ученые еще в древности установили, что через 6585 дней и 8 часов, что составляет 18 лет 11 дней 8 часов, затмения повторяются. Происходит это потому, что именно через такой промежуток времени расположение в пространстве Луны, Земли и Солнца повторяется. Этот промежуток был назван саросом, что значит повторение.
В течение одного сароса в среднем бывает 43 солнечных затмения, из них 15 частных, 15 кольцеобразных и 13 полных. Прибавляя к датам затмений, наблюдавшихся в течение одного сароса, 18 лет 11 дней и 8 часов, мы сможем предсказать наступление затмений и в будущем.
В одном и том же месте Земли полное солнечное затмение наблюдается один раз в 250 - 300 лет.
Астрономы вычислили условия видимости солнечных затмений на много лет вперед.
ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ
К числу «необыкновенных» небесных явлений относятся также лунные затмения. Происходят они так. Полный светлый круг Луны начинает темнеть у своего левого края, на лунном диске появляется круглая бурая тень, она продвигается все дальше и дальше и примерно через час покрывает всю Луну. Луна меркнет и становится красно-бурого цвета.
Диаметр Земли больше диаметра Луны почти в 4 раза, а тень от Земли даже на расстоянии Луны от Земли более чем в 2 1/2 раза превосходит размеры Луны. Поэтому Луна может целиком погрузиться в земную тень. Полное лунное затмение гораздо продолжительнее солнечного: оно может длиться 1 час 40 минут.
По той же причине, по которой солнечные затмения бывают не каждое новолуние, лунные затмения происходят не каждое полнолуние. Наибольшее число лунных затмений в году - 3, но бывают годы совсем без затмений; таким был, например, 1951 год.
Лунные затмения повторяются через тот же промежуток времени, что и солнечные. В течение этого промежутка, в 18 лет 11 дней 8 часов (сарос), бывает 28 лунных затмений, из них 15 частных и 13 полных. Как видите, число лунных затмений в саросе значительно меньше солнечных, и все же лунные затмения можно наблюдать чаще солнечных. Это объясняется тем, что Луна, погружаясь в тень Земли, перестает быть видимой на всей не освещенной Солнцем половине Земли. Значит, каждое лунное затмение видно на значительно большей территории, чем любое солнечное.
Затмившаяся Луна не исчезает совершенно, как Солнце во время солнечного затмения, а бывает слабо видимой. Происходит это потому, что часть солнечных лучей приходит сквозь земную атмосферу, преломляется в ней, входит внутрь земной тени и попадает на Луну. Так как красные лучи спектра менее всего рассеиваются и ослабляются в атмосфере. Луна во время затмения приобретает медно-красный или бурый оттенок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трудно представить себе, что солнечные затмения происходят так часто: ведь каждому из нас наблюдать затмения приходится чрезвычайно редко. Объясняется это тем, что во время солнечного затмения тень от Луны падает не на всю Землю. Упавшая тень имеет форму почти круглого пятна, поперечник которого может достигать самое большее 270 км. Это пятно покроет лишь ничтожно малую долю земной поверхности. В данный момент только на этой части Земли и будет видно полное солнечное затмение.
Луна движется по своей орбите со скоростью около 1 км/сек, т. е. быстрее ружейной пули. Следовательно, ее тень с большой скоростью движется по земной поверхности и не может надолго закрыть какое-то одно место на земном шаре. Поэтому полное солнечное затмение никогда не может продолжаться более 8 минут.
Таким образом, лунная тень, двигаясь по Земле, описывает узкую, но длинную полосу, па которой последовательно наблюдается полное солнечное затмение. Протяженность полосы полного солнечного затмения достигает нескольких тысяч километров. И все же площадь, покрываемая тенью, оказывается незначительной по сравнению со всей поверхностью Земли. Кроме того, в полосе полного затмения часто оказываются океаны, пустыни и малонаселенные районы Земли.
Последовательность затмений повторяется почти точно в прежнем порядке через промежуток времени, который называется саросом (сарос – египетское слово, означающее «повторение»). Сарос, известный ещё в древности, составляет 18 лет и 11,3 суток. Действительно, затмения будут повторяться в прежнем порядке (после какого-либо начального затмения) спустя столько времени, сколько необходимо, чтобы та же фаза Луны случилась на том же расстоянии Луны от узла её орбиты, как и при начальном затмении.
В течение каждого сароса происходит 70 затмений, из них 41 солнечное и 29 лунных. Таким образом, солнечные затмения происходят чаще лунных, но в данной точке на поверхности Земли чаще можно наблюдать лунные затмения, так как они видны на целом полушарии Земли, тогда как солнечные затмения видны лишь в сравнительно узкой полосе. Особенно редко удаётся видеть полные солнечные затмения, хотя в течение каждого сароса их бывает около 10.
№8 Земля, как шар, эллипсоид вращения, 3-хосный эллипсоид, геоид.
Предположения о шарообразности земли появились в VI веке до нашей эры, а с IV века до нашей эры были высказаны некоторые из известных нам доказательств, что Земля имеет форму шара (Пифагор, Эратосфен). Античными учеными доказательства шарообразности Земли основывались на следующих явлениях:
- кругообразный вид горизонта на открытых пространствах, равнинах, морях и т.д.;
- круговая тень Земли на поверхности Луны при лунных затмениях;
- изменение высоты звезд при перемещении с севера (N) на юг (S) и обратно, обусловленное выпуклостью полуденной линии и др. В сочинении «О небе» Аристотель (384 – 322 г.г. до н.э.) указывал, что Земля не только шарообразна по форме, но и имеет конечные размеры; Архимед (287 – 212 г.г. до н.э.) доказывал, что поверхность воды в спокойном состоянии является шаровой поверхностью. Ими же введено понятие о сфероиде Земли, как геометрической фигуре, близкой по форме к шару.
Современная теория изучения фигуры Земли берет начало от Ньютона (1643 – 1727 г.г.), открывшего закон всемирного тяготения и применившего его для изучения фигуры Земли.
К концу 80-х годов XVII века были известны законы движения планет вокруг Солнца, весьма точные размеры земного шара, определенные Пикаром из градусных измерений (1670 г.), факт убывания ускорения силы тяжести на поверхности Земли от севера (N) к югу (S), законы механики Галилея и исследования Гюйгенса о движении тел по криволинейной траектории. Обобщение указанных явлений и фактов привели ученых к обоснованному взгляду о сфероидичности Земли, т.е. деформации ее в направлении полюсов (сплюсности).
Знаменитое сочинение Ньютона – «Математические начала натуральной философии» (1867 г.) излагает новое учение о фигуре Земли. Ньютон пришел к выводу о том, что фигура Земли должна быть по форме в виде эллипсоида вращения с небольшим полярным сжатием (этот факт обосновывался им уменьшением длины секундного маятника с уменьшением широты и уменьшением силы тяжести от полюса к экватору из-за того, что «Земля на экваторе немного выше»).
Исходя из гипотезы, что Земля состоит из однородной массы плотности, Ньютон теоретически определил полярное сжатие Земли (α) в первом приближении равном, примерно, 1: 230. На самом деле Земля неоднородна: кора имеет плотность 2,6 г/см3, тогда как средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см3. Неравномерное распределение масс Земли продуцирует обширные пологие выпуклости и вогнутости, которые сочетаясь образуют возвышенности, углубления, впадины и другие формы. Заметим, что отдельные возвышения над Землей достигают высот более 8000 метров над поверхностью океана. Известно, что поверхность Мирового океана (МО) занимает 71 %, суша – 29 %; средняя глубина МО (Мирового океана) 3800м, а средняя высота суши – 875 м. Общая площадь земной поверхности равна 510 х 106 км2. Из приведенных данных следует, большая часть Земли покрыта водой, что дает основание принять ее за уровенную поверхность (УП)и, в конечном итоге, за общую фигуру Земли. Фигуру Земли можно представить, вообразив поверхность, в каждой точке которой сила тяжести направлена по нормали к ней (по отвесной линии).
Сложную фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью, являющуюся началом отчета высот, принято называть геоидом. Иначе, поверхность геоида, как эквипотенциальная поверхность, фиксируется поверхностью океанов и морей, находящихся в спокойном состоянии. Под материками поверхность геоида определяется как поверхность, перпендикулярная силовым линиям (рис. 3-1).
P.S. Название фигуры Земли – геоид – предложено немецким ученым –физиком И.Б. Листигом (1808 – 1882 г.г.). При картографировании земной поверхности, на основании многолетних исследований ученых, сложную фигуру геоида без ущерба для точности, заменяют математически более простой – эллипсоидом вращения
. Эллипсоид вращения
– геометрическое тело, образующееся в результате вращения эллипса вокруг малой оси.
Эллипсоид вращения близко подходит к телу геоида (уклонение не превышает 150 метров в некоторых местах). Размеры земного эллипсоида определялись многими учеными мира.
Фундаментальные исследования фигуры Земли, выполненные русскими учеными Ф.Н. Красовским и А.А. Изотовым, позволили развить идею о трехосном земном эллипсоиде с учетом крупных волн геоида, в результате были получены его основные параметры.
В последние годы (конец XX и начало XXI в.в.) параметры фигуры Земли и внешнего гравитационного потенциала определены с использованием космических объектов и применением астрономо–геодезических и гравиметрических методов исследований так надежно, что теперь речь идет об оценке их измерений во времени.
Трехосный земной эллипсоид, характеризующий фигуру Земли, подразделяют на общеземной эллипсоид (планетарный), подходящий для решения глобальных задач картографии и геодезии и референц – эллипсоид, который используют в отдельных регионах, странах мира и их частях. Эллипсо́ид враще́ния (сферо́ид) - это поверхность вращения в трёхмерном пространстве, образованная при вращении эллипса вокруг одной из его главных осей. Эллипсоид вращения – геометрическое тело, образующееся в результате вращения эллипса вокруг малой оси.
Геоид - фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью потенциала силы тяжести, совпадающей в океанах со средним уровнем океана и продолженной под континенты (материки и острова) так, что эта поверхность всюду перпендикулярна направлению силы тяжести. Поверхность геоида более сглажена, чем физическая поверхность Земли.
Форма геоида не имеет точного математического выражения, и для построения картографических проекций подбирается правильная геометрическая фигура, которая мало отличается от геоида. Лучшим приближением геоида служит фигура, получающаяся в результате вращения эллипса вокруг короткой оси (эллипсоид)
Термин «геоид» был предложен в 1873 году немецким математиком Иоганном Бенедиктом Листингом для обозначения геометрической фигуры, более точно, чем эллипсоид вращения, отражающей уникальную форму планеты Земля.
Крайне сложная фигура - геоид. Она существует лишь теоретически, однако на практике ее нельзя ни пощупать, ни увидеть. Можно представить себе геоид в виде поверхности, сила земного притяжения в каждой точке которой направлена строго вертикально. Если бы наша планета была правильным шаром, заполненным равномерно каким-либо веществом, то отвес в любой ее точке смотрел бы в центр шара. Но ситуация осложняется тем, что неоднородной является плотность нашей планеты. В одних местах имеются тяжелые горные породы, в других пустоты, горы и впадины разбросаны по всей поверхности, так же неравномерно распределены равнины и моря. Все это меняет в каждой конкретной точке гравитационный потенциал. В том, что форма земного шара - геоид, виноват также эфирный ветер, который обдувает нашу планету с севера.
Метеорные тела
Чёткого разграничения между метеороидами (метеорными телами) и астероидами нет. Обычно метеороидами называют тела размерами менее сотни метров , а астероидами - более крупные. Совокупность метеороидов, ображающихся вокруг Солнца, образует метеорное вещество в межпланетном пространстве . Некоторая доля метеорных тел является остатком того вещества, из которого когда-то образовалась Солнечная система, некоторая – остатки постоянного разрушения комет, обломки астероидов.
Метеорное тело или метеороид – твёрдое межпланетное тело, которое при влете в атмосферу планеты вызывает явление метеора и иногда завершается падением на поверхность планеты метеорита .
Что обычно бывает, когда метеорное тело достигает поверхности Земли? Обычно ничего, так как из-за незначительных размеров метеорные тела сгорают в атмосфере Земли. Крупные скопления метеорных тел называется метеорным роем . Во время сближения метеорного роя с Землей наблюдаются метеорные потоки .
- Метеоры и болиды
Явление сгорания метеорного тела в атмосфере планеты называется метеором . Метеор – это кратковременная вспышка, след от сгорания проходит через несколько секунд.
За сутки в атмосфере Земли сгорает около 100000000 метеорных тел.
Если следы метеоров продолжить назад, то они пересекутся в одной точке, называемой радиантом метеорного потока .
Многие метеорные потоки являются периодическими, повторяются из года в год и названы по созвездиям, в которых лежат их радианты. Так, метеорный поток, наблюдаемый ежегодно примерно с 20 июля по 20 августа, назван Перcеидами, поскольку его радиант лежит в созвездии Персея. От созвездий Лиры и Льва получили соответственно свое название метеорные потоки Лириды (середина апреля) и Леониды(середина ноября).
Исключительно редко метеорные тела бывают сравнительно больших размеров, в этом случае говорят, что наблюдают болид . Очень яркие болиды видны и днём.
- Метеориты
Если метеорное тело достаточно большое и не смогло полностью сгореть в атмосфере при падении, то оно выпадает на поверхность планеты. Такие упавшие на Землю или другое небесное тело метеорные тела называют метеоритами .
Самые массивные метеорные тела, имеющие большую скорость, выпадают на поверхность Земли с образованием кратера .
В зависимости от химического состава метеориты подразделяются на каменные (85 %), железные (10 %) и железо-каменные метеориты (5 %).
Каменные метеориты состоят из силикатов с включениями никелистого железа. Поэтому небесные камни, как правило, тяжелее земных. Основными минералогическими составляющими метеоритного вещества являются железо-магнезиальные силикаты и никелистое железо. Более 90 % каменных метеоритов содержит округлые зерна – хондры. Такие метеориты называются хондритами.
Железные метеориты почти целиком состоят из никелистого железа. У них удивительная структура, состоящая из четырех систем параллельных камаситовых пластин с низким содержанием никеля и с прослойками, состоящими из тэнита.
Железо-каменные метеориты состоят наполовину из силикатов, наполовину из металла. Они обладают уникальной структурой, не встречающейся нигде, кроме метеоритов. Эти метеориты представляют собой либо металлическую, либо силикатную губку.
Один из крупнейших железных метеоритов, Сихотэ-Алинский, упавший на территорию СССР в 1947 г., был найден в виде россыпи множества осколков.
Виды масштаба
Масштаб на планах и картах выражается в:
1. Численной форме (численный масштаб ).
2. Именованной форме (именованный масштаб ).
3. Графической форме (линейный масштаб ).
Численный масштаб выражается простой дробью, в числителе которой единица, а в знаменателе – число, показывающее, во сколько раз горизонтальное проложение линии местности уменьшено при нанесении на план (карту). Масштабы могут быть любыми. Но чаще используются их стандартные величины: 1:500; 1:1000; 1:2000; 1:5000; 1:10 000 и т.д. Например, масштаб плана 1:1000 указывает, что горизонтальное проложение линии уменьшено на карте в 1000 раз, т. е. 1 см на плане соответствует 1000 см (10 м) на горизонтальной проекции местности. Чем меньше знаменатель численного масштаба, тем крупнее считается масштаб, и наоборот. Численный масштаб – величина безразмерная; она не зависит от системы линейных мер, т. е. им можно пользоваться, проводя измерения в любых линейных мерах.
Именованный масштаб(словесный) - вид масштаба, словесное указание того, какое расстояние на местности соответствует 1 см на карте, плане, снимке, записывается как в 1 см 100 км
Линейный масштаб представляет собой графическое выражение численного и именованного масштабов в виде линии, разделенной на равные отрезки – основания. Левый из них делится на 10 равных частей (десятые доли). Сотые доли оцениваются «на глаз».
Градусная сеть.
Находить месторасположение самых разных географических объектов на карте, а также ориентироваться на ней, нам помогает градусная сетка. Градусная сетка – это система меридианов и параллелей. Меридианы представляют собой невидимые линии, которые пересекают нашу планету вертикально по отношению к экватору. Меридианы начинаются и заканчиваются на полюсах Земли, соединяя их. Параллели – невидимые линии, которые проводят условно параллельно экватору. Теоретически меридиан и параллелей может быть множество, однако в географии принято размещать их с интервалом 10 – 20 °. Благодаря градусной сетке мы можем вычислить долготу и широту объекта на карте, а значит узнать его географическое расположение. Все точки, которые располагаются на одном меридиане, имеют идентичную долготу, точки, расположенные на одной параллели, обладают одинаковыми показателями широты.
Изучая географию, трудно не заметить, что на разных картах меридианы и параллели изображены неодинаково. Рассматривая карту полушарий, мы можем заметить, что все меридианы обладают формой полукруга и только один меридиан, который делит полушарие пополам, изображен в виде прямой линии. Все параллели на карту полушарий наносятся в виде дуг, за исключением экватора, который представлен прямой. На картах отдельных государств, как правило, меридианы изображаются исключительно в виде прямых линий, а параллели могут быть лишь немного изогнуты. Такие отличия изображения градусной сетки на карте объясняются тем, что нарушения земной градусной сетки при ее переносе на прямую поверхность недопустимы.
Азимуты.
Азимут - это угол, образуемый в данной точке на местности или на карте, между направлением на север и направлением на какой-либо предмет. Азимутом пользуются для ориентирования при передвижении в лесу, в горах, в пустынях или в условиях плохой видимости, когда нет возможности привязать и сориентировать карту. Также, с помощью азимута определяют направление движения судов и самолетов.
На местности, отсчет азимутов проводится от северного направления стрелки компаса, от северного, красного конца, по ходу часовой стрелки от 0° до 360°, иначе говоря - от магнитного меридиана данной точки. Если предмет находится от наблюдателя точно на Севере, то азимут равен 0°, если ровно на Востоке (справа) - 90°, на Юге (сзади) - 180°, на Западе (слева) - 270°.