До катастрофы, вызвавшей

Географическая оболочка включает земную кору (литосферу), воды Мирового океана, озер, рек, ледников (гидросферу), нижнюю атмосферу (тропосферу) и биосферу (сферу жизни).

Средняя мощность географической оболочки составляет около 50 км. Верхним ее пределом считают тропопаузу (пограничный слой между тропосферой и стратосферой). Она расположена на высоте 9 км в приполярных широтах, 12 км — в умеренных, 15—16 км — в тропических и 17 км — над экватором. За нижнюю границу географической оболочки обычно принимают нижнюю границу земной коры.

Разумеется, границы, в которых рассматривается географическая оболочка, определены не произвольно. Так, тропосфера включена в нее, потому что она находится в постоянном взаимодействии с поверхностью Земли и ей свойственна географическая поясность, литосфера, потому что ее возникновение и развитие происходили под влиянием других сфер (атмосферы, гидросферы и биосферы); в более глубоких слоях Земли их влияние уже не прослеживается.

Все составные части географической оболочки, проникая одна в другую, настолько тесно связаны между собой взаимным обменом вещества и энергии, что представляют собой целостную саморазвивающуюся материальную систему. При этом каждая из составных частей испытывает на себе всестороннее влияние всех остальных, часто настолько сильное, что оно может коренным образом изменять ее первоначальные свойства.

Характерную черту географической оболочки как динамической системы составляет ритмичность ее развития. В природе существуют ритмы разной продолжительности — от очень коротких до очень продолжительных. Так, суточный ритм проявляется на фоне годового (около полюсов, где день и ночь продолжаются по полгода, они совпадают). Годовой ритм накладывается на ритмы с промежутками в несколько лет, например на одиннадцатилетние.

Наблюдаются и 33—35-летние циклы увлажненности, и циклы продолжительностью около 88 лет, с которыми связывают потепления и похолодания Арктики и Антарктики. Подмечены и ритмы значительно более продолжительные — «сверхвековые», например, ритмы увлажненности в 1800—1900 лет. Наконец, хорошо известно, что в истории Земли повторялись ледниковые эпохи и периоды потепления между ними; их периодичность составляет 180—200 млн. лет (по другим данным —до 300 млн. лет).

Причины такой ритмичности в развитии географической оболочки пока еще не имеют достаточно точного объяснения. Однако многочисленные данные позволяют ученым искать их в циклических изменениях солнечной активности, которые вызывают изменения и в напряженности магнитного поля Земли, и в движении воздушных масс.

Впервые научно доказал существование постоянно действующей связи биосферы с «солнцедеятельностью», или с солнечной активностью, замечательный советский ученый А. Л. Чижевский.

Сейчас многочисленными наблюдениями установлено, например, что с повышением солнечной активности, происходящим каждые одиннадцать лет, ослабляется широтный и усиливается меридиональный перенос воздушных масс, т. е. усиливается теплообмен между полярными и экваториальными районами, происходит потепление климата, возрастает увлажненность и, как следствие, повышается прирост растительной массы, активизируется деятельность микробов и вирусов. С 11-летними ритмами медики связывают увеличение частоты некоторых заболеваний. С циклическими изменениями климата иногда даже связывают и изменения тектонической активности. Так, предполагается, что в холодные эпохи увеличение нагрузки на земную поверхность растущих ледников может усиливать вертикальные движения коры.

В год

Каковы же виды энергии, благодаря которым развивается географическая оболочка?

Они космического и земного происхождения. Основной среди них — тепло: лучистая энергия Солнца и внутреннее тепло Земли. Не менее важны и вторичные виды энергии — результат трансформации первичных: химическая (она проявляется в природной среде преимущественно в виде окислительно-восстановительных процессов) и биогенная (ее источники: фотосинтез у растений, хемосинтез у некоторых бактерий, энергия окисления при усвоении пищи животными, процессы размножения растительной массы). Наконец, в наше время сопоставимой с природными факторами стала на Земле техногенная энергия, т. е. энергия, создаваемая человеческим обществом в ходе производства.

Солнечная радиация дает 99,98 % всего тепла, поступающего на земную поверхность! Солнце излучает огромное количество энергии. И хотя на земной шар поступает менее одной двухмиллиардной доли, в год это составляет гигантскую величину — 134- 1019 ккал. Такое количество тепла можно получить при сжигании 200 млрд. т каменного угля. Запасов водорода, создающего этот поток термоядерной энергии, в массе Солнца хватит по крайней мере на 10 млрд. лет, т. е. на период в 2 раза больший, чем существует наша планета.

Однако около У3 общего количества солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы, отражается обратно в мировое пространство, 13% поглощается озонным слоем стратосферы (в том числе почти вся ультрафиолетовая радиация), 7% поглощается остальной атмосферой и лишь половина достигает земной поверхности. Но и из этой половины 7 % отражается обратно в мировое пространство. Еще 15%, поглощаясь земной поверхностью, трансформируется в тепло, которое излучается в тропосферу, что в значительной мере и определяет температуру воздуха.

Лишь 28% общей величины солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, определяет тепловой режим земной поверхности. В среднем для всей Земли этот приток солнечного тепла составляет 72 ккад/кв. см в год. Он расходуется на таяние льдов и испарение воды, на фотосинтез — основу всей органической жизни, а также на теплообмен между земной поверхностью, атмосферой и водами и между поверхностью и лежащими иод нею слоями почвогрун-тов.

Интересно отметить, что из общего количества солнечной энергии, поступающей на земную поверхность, растительность суши и моря использует для фотосинтеза лишь незначительную часть — в среднем около 1 % (в оптимальных условиях увлажнения — до 5%), в то время как фотосинтетически активная радиация (т. е. та, которую можно было бы использовать для фотосинтеза) составляет примерно 50% суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли. Повышение интенсивности фотосинтеза путем увеличения количества используемой солнечной энергии — одна из важных задач будущего при решении продовольственной проблемы, стоящей перед человечеством.

Суша получает солнечной радиации больше, чем такая же площадь океана: над сушей меньше облачность, поэтому и меньшее количество радиации отражается облаками в мировое пространство. Но вместе с тем у суши и выше отражательная способность, т. е. более высокое альбедо. Получая солнечного тепла больше, чем океан, суша его больше и отдает. И вот итог: радиационный баланс, т. е. разница между поступающим и отраженным теплом, для поверхности океана составляет за год 82 ккал на каждый квадратный сантиметр, а для суши — только 49.

Солнечная радиация — основной двигатель всех природных процессов. Не будь ее, перестали бы течь реки, дуть ветры, зеленеть поля. Хотя солнечная радиация проникает в земную кору всего на несколько десятков километров, ее влияние на развитие литосферы очень велико. Осадочные породы несут следы деятельности организмов — аккумуляторов солнечной энергии. Но и кристаллические породы, поднятые внутренними силами Земли на ее поверхность, включаются в круговорот веществ прежде всего под влиянием солнечной радиации.

Важную роль в жизни географической оболочки играет внутреннее тепло Земли, хотя его поступает примерно в 5 тыс. раз меньше, чем солнечного. Это внутреннее тепло — главным образом результатрас-пада радиоактивных элементов (радия, урана, тория и др.). Их процентное содержание в земной коре невелико, но абсолютное количество измеряется сотнями миллионов тонн. Атомы радиоактивных элементов самопроизвольно распадаются, выделяя при этом тепло. Оно накапливалось с момента возникновения Земли и во многом определяло ее разогрев. Общая величина тепловой энергии радиоактивного распада оценивается учеными в 43- 1016 ккал/год.

Наиболее крупным в

Среди энергетических источников, питающих географическую оболочку, надо вспомнить и об энергии, выделяющейся при уплотнении вещества Земли. Его частицы, неплотно «упакованные» при образовании планеты, впоследствии «падали» к ее центру, что приводило к постепенной трансформации потенциальной энергии в кинетическую и тепловую. Ученые считают, что вследствие предполагаемого глубинного сжатия освобождается 4- К)20 к кал тепла в год!

Силы глубинной энергии вызывают поднятия и опускания материков и соответственно отступание и наступание морей. К числу наиболее грозных проявлений внутренней жизни Земли относятся землетрясения и извержения вулканов. Каждый час на земном шаре происходит в среднем 10 землетрясений, а за год — около 100 тыс. В наше время действуют свыше 600 вулканов. Они расположены в основном по обоим побережьям Тихого океана, а также в поясе молодых гор Евразии — от Средиземноморья до Гималаев.

Действующими считаются вулканы, извержения которых происходили на протяжении исторической эпохи. Однако не раз уже, казалось бы, потухшие вулканы начинали снова действовать. При этом они проявляют мощь, пропорциональную длительности стадии покоя. Вот почему часто именно «заснувшие» вулканы приносили наибольшие разрушения. Примером может служить Везувий, считавшийся потухшим до катастрофы, вызвавшей гибель Помпеи и Геркуланума. В 1888 г. ожил вулкан Бандай-Сан в Японии, уничтоживший семь деревень. В 1951 г. 5000 человек стали жертвой извержения вулкана Лимингтон на Новой Гвинее. В 1956 г. произошло сильное извержение — взрыв вулкана Безымянного на Камчатке. Не раз «оживали» долго бездействовавшие вулканы и в других районах Земли.

В 1973 г. на острове Хеймаэй (Исландия) произошло сильнейшее землетрясение, сопровождавшееся извержением вулканов. Тогда впервые была предпринята попытка в сравнительно широких масштабах воздействовать на процессы движения лавы: для ее охлаждения использовали морскую воду, подававшуюся по шлангам и трубопроводам.

Наиболее крупным в Курило-Камчат-ском регионе было извержение в 1976 г. вулкана Плоский Толбачек, входящего в Ключевскую группу. Около шести месяцев продолжалась здесь грозная работа вулканической стихии. В историю это извержение войдет прежде всего потому, что оно впервые было предсказано. Это сделали советские вулканологи.

Не менее грозное явление представляют собой землетрясения. Одним из наиболее сильных было Гималайское в 1950 г. Подсчитано, что его энергия примерно соответствовала энергии взрыва 100 тыс. атомных бомб, равных сброшенной на Хиросиму, а общий вес переместившихся в результате� этого землетрясения пород составил около 2 млрд. т. 1976 год был годом усиления тектонической активности. В феврале сильнейшее землятрясение обрушилось на гватемальскую столицу: его сила достигала. 7 баллов. Число погибших превысило 23 тыс. Частично пострадали Гондурас и Сальвадор. В Западной Европе в начале мая не менее сильный очаг землетрясения возник на севере Италии. Специальные электронные датчики зафиксировали, что знаменитая «падающая башня» в Пизе покачнулась. Толчки ощущались во Франции, ФРГ, ГДР, Польше, Чехословакии, Австрии, Югославии. В конце июля этого же года жертвой землетрясения стали районы Китая, расположенные недалеко от Пекина. За три дня было зарегистрировано 110 подземных толчков силой около 4 баллов и 15 — силой более 5 баллов. В столице Китая пострадали здания, была нарушена телефонная и железнодорожная связь.

Если раньше землетрясения были абсолютно непредсказуемыми, как бы олицетворявшими собой слепой рок, то сейчас во многих странах разрабатываются методы их прогнозирования. В эти работы значительный вклад внесли советские специалисты. Один из новейших предложенных ими методов заключается в вычислении отношения скорости продольных и поперечных волн. Этот метод уже неплохо зарекомендовал себя на практике.

Еще одно проявление внутренних сил Земли — гейзеры, источники, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры и геотермальные месторождения, где вода и пар подаются на поверхность через буровые скважины, используются для отопления зданий, теплиц, а также производства электроэнергии. Геотермальные электростанции уже сейчас работают в Советском Союзе (на Камчатке), в США (на Больших гейзерах в Йелоустонском парке), в Италии, Японии, Мексике. Эти станции дают дешевую электроэнергию. Особенно высока их эффективность в районах, лишенных других энергетических ресурсов.