Эпигеосфера как глобальная геосистема

В конце XIX в. некоторые географы, среди них Ф. Рихтгофен, приблизились к представлению о том, что география имеет дело с особой, внешней, оболочкой планеты Земля. Впервые идею о на­ружной земной оболочке как предмете физической географии сформулировал П. И. Броунов в 1910 г. Но эта идея была оценена географами не сразу. Начало разработки учения о географической оболочке связано с трудами А.А.Григорьева, относящимися к 30-м гг. XX в. Первоначально он ввел термин физико-географиче­ская оболочка, но впоследствии, по предложению С. В.Калесни-ка, в научный обиход вошел термин географическая оболочка. Как уже было отмечено ранее, многих советских географов этот тер­мин не удовлетворял вследствие определенной громоздкости, тав-тологичности, трудности перевода на европейские языки. Пред­лагались различные синонимы, в том числе биогеосфера, биоге-носфера, ландшафтная сфера, или ландшафтная оболочка. По-

6 Исаченко

следний термин использовал в своих более поздних работах С. В. Ка-лесник, и этот синоним можно было бы признать наиболее удач­ным, если бы он не употреблялся одновременно в другом значе­нии — применительно к одному из ярусов географической обо­лочки, формирующемуся.в узком слое непосредственного кон­такта лито-, гидро- и атмосферы (см. ниже). В этой книге исполь­зуется наиболее краткий термин — эпигеосфера.

Нельзя не коснуться соотношений между понятиями эпигео­сфера и биосфера. Последнее получило широкое распространение в основном благодаря исследованиям В. И. Вернадского. В его тру­дах и особенно в работах некоторых его последователей, в частно­сти Ф.Я.Шипунова, биосфера трактуется не только как сфера распространения жизни и ее активной роли в преобразовании трех абиотических оболочек, но и как целостная организованная сис­тема, совпадающая по своей сущности, а также пространствен­ным пределам с эпигеосферой. Понятия эпигеосфера и биосфера следует признать тождественными; в термине «биосфера» содер­жится традиционный биоцентрический, или экологический, ак­цент в подходе к материальной системе, географической по сво­ему существу.

Эпигеосфера — наиболее сложная часть нашей планеты, где соприкасаются и взаимопроникают атмосфера, гидросфера и ли­тосфера. Только здесь возможно одновременное и устойчивое су­ществование вещества в твердом, жидком и газообразном состоя­ниях. В данной оболочке происходят поглощение, превращение и накопление лучистой энергии Солнца и наблюдается сложное вза­имодействие процессов, стимулируемых как солнечной, так и внутриземной энергией. Именно в этой части земного шара стало возможным возникновение и распространение жизни, которая, в свою очередь, явилась мощным фактором дальнейшего преобра­зования и усложнения эпигеосферы. Наконец, в пределах эпигео­сферы появился человек, для которого она стала средой обитания и преобразовательной производственной деятельности.

Целостность эпигеосферы определяется взаимообусловленнос­тью ее компонентов, непрерывным вещественно-энергетическим обменом между ними, прогрессирующим усложнением в ходе исторического развития и эмерджентными свойствами. На опре­деленном этапе исторического развития в первичной абиотиче­ской эпигеосфере возникло живое вещество, а в результате его взаимодействия с косной материей в эпигеосфере образовались своеобразные биокосные тела и почва, играющая роль характер­нейшего географического компонента.

Эпигеосфера, разумеется, не является замкнутой системой. Она открыта воздействиям как со стороны ближнего и дальнего кос­моса, так и глубинных толщ планеты. Практически вся энергия, за счет которой в эпигеосфере совершаются различные процессы,

162 поступает в нее извне — главным образом от Солнца и в значи­тельно меньшей степени из земных глубин. Гравитационные поля Луны и Солнца вызывают приливы, из космоса на земную повер­хность приходят космические лучи, космическая пыль, метеори­ты. Разночастотная ритмическая изменчивость, присущая прак­тически всем географическим явлениям и процессам, имеет аст­рономическую природу в широком смысле слова. Известны рит­мы, обусловленные свойствами Земли как планеты (ее движени­ем по орбите и вращением вокруг оси), колебаниями солнечной активности, изменениями приливообразующих сил в системе «Зем­ля — Солнце—Луна».

Всестороннее изучение строения и развития эпигеосферы со­ставляет предмет общего землеведения. В университетских курсах по этому предмету рассматриваются границы эпигеосферы, со­став и взаимодействие слагающих ее оболочек, ее происхождение и история развития, глобальные круговороты вещества и энер­гии, пространственно-временная структура. В нашу задачу не вхо­дит освещение всех этих тем, и мы коснемся лишь некоторых воп­росов структуры эпигеосферы и ее организованности как необхо­димой предпосылки для изучения закономерностей территори­альной дифференциации и формирования географических систем различных категорий.

Понятие организованность применительно к эпигеосфере не имеет однозначного определения. Оно тесно связано с понятиями целостность, упорядоченность, структура, функционирование. В основе организованности — взаимодействие частей целого. От­дельные взаимосвязанные части целого выполняют определенные функции, характеризуются пространственно-временной упорядо­ченностью, поддерживая всю систему в состоянии динамического равновесия. Ф.Я. Шипунов проанализировал организованность биосферы (в понимании, тождественном эпигеосфере) на раз­ных уровнях — термодинамическом, физическом (агрегатном), химическом, биологическом и парагенетическом. Последний рас­сматривается как функционально-интегральный и связывается с деятельностью организмов, с биогеохимической энергией². Еще В.И.Вернадский считал, что биосфера не только охвачена жиз­нью, но и ею структурно организована. Практически все вещество эпигеосферы переработано жизнью, и в этом смысле его можно назвать парагенетическим.

' После выхода в свет известной книги Колесника С. В. «Основы общего зем­леведения» (М., 1947) университетские учебники по этому предмету издавались неоднократно. Отметим наиболее новый: Боков В.А., Селиверстов Ю.П., Черва-нев И.Г. «Общее землеведение» (СПб., 1998). Не потеряло своего значения более позднее сокращенное издание курса: Колесник С. В. «Общие географические за-коно мерности Земли» (М., 1970).

² Шипунов Ф.Я. Организованность биосферы. — М., 1980.

Сказанное дает основание отводить биогеохимической энер­гии важную организующую роль в эпигеосфере. Однако этого не­достаточно для понимания сложного механизма организованнос­ти наружной оболочки Земли. Нельзя не учитывать внешние кос­мические факторы. Приведем лишь два примера: широтно-зональ-ную организованность пространственных соотношений структур­ных подразделений эпигеосферы (геосистем разных уровней) и ритмическую упорядоченность смены их временных состояний. Трансформирование внешних воздействий во внутренние свой­ства эпигеосферы можно рассматривать как свидетельство ее оп­ределенной способности к самоорганизации. Одним из проявле­ний самоорганизованности эпигеосферы являются автоколебатель­ные процессы, т. е. ритмические изменения, не связанные с вне­шними факторами. Так, ледниковые щиты, раз возникнув, вызы­вают похолодание климата и понижение уровня Океана. Но это, в свою очередь, приводит к уменьшению испарения и осадков, а тем самым сокращению ледников. Последнее ведет к увеличению площади океанов, потеплению и увеличению осадков, что спо­собствует новому наступлению ледников, и т.д. Таким образом, благодаря существованию как положительных, так и отрицатель­ных обратных связей в системе «ледники—атмосфера—Океан» происходит саморегулирование и поддерживается динамическое равновесие.

К проявлениям самоорганизованности, по-видимому, можно отнести компенсационные процессы, например формирование прогибов и впадин при образовании горных поднятий. Широко известны ситуации, когда эпизодические засухи в одних районах сопровождаются наводнениями в других, соседних, или же в смеж­ных регионах синхронно происходят потепление и похолодание. К. К. Марков установил метахронность природных макропроцес­сов на Земле, т.е. неодновременность их наступления на различ­ных территориях. Так, эпохам оледенения в одних регионах Се­верной Евразии отвечали межледниковья в других. Возможно, здесь мы также имеем дело с компенсационными явлениями.

К числу важнейших структурных особенностей эпигеосферы относится гравитационная дифференциация вещества, обусловли­вающая ее своеобразную стратификацию и ярусное строение. Выс­шие структурные подразделения эпигеосферы представлены тре­мя частными оболочками (геосферами), формирующими ее вер­тикальную, или радиальную, структуру: 1) тропосферой — ниж­ним, наиболее плотным слоем атмосферы; 2) гидросферой; 3) верх­ней толщей литосферы, в основном соответствующей осадочной оболочке — стратисфере. Взаимное расположение этих ярусов со­ответствует плотности слагающего их вещества, однако лишь по­верхность раздела тропосферы и гидросферы имеет горизонталь­ную форму.

Внешняя поверхность литосферы отличается сложным релье­фом с амплитудами высот, достигающими почти 20 км, 71 % ее площади подстилает толщу гидросферы (Мирового океана), а на остальной части литосфера непосредственно контактирует с тро­посферой. Такое кажущееся нарушение гравитационного расслое­ния вещества обусловлено изостатическим равновесием масс зем­ной коры: более легкие и в то же время более мощные блоки континентальной земной коры «всплывают» из верхней мантии на большую высоту, чем относительно плотные блоки океаниче­ской коры. Таким образом, наиболее высокие части неровной по­верхности литосферы выступают в виде дискретных участков суши над горизонтальной поверхностью гидросферы. Вряд ли есть не­обходимость подробно обсуждать общегеографическое значение гравитационного перераспределения масс земной коры: достаточно представить себе географическую оболочку с теоретически стро­гим равномерным распределением трех основных геосфер по плот­ности, а следовательно, со сплошным океаном и без наземной жизни во всех ее формах, включая самую высокую.

В каждом из трех основных ярусов эпигеосферы выделяются слои второго порядка или подъярусы, в основном также обуслов­ленные гравитационной дифференциацией вещества. Однако наи­больший интерес представляет формирование особых многоком­понентных структурных образований эпигеосферы на контактах трех основных (назовем их условно первичными) геосфер. Вблизи поверхностей раздела этих геосфер происходят их наиболее ин­тенсивное взаимопроникновение и взаимодействие. На контактах первичных компонентов формируются производные, вторичные, географические компоненты — биота, почва, донные илы.

Организмы, или живое вещество, не образуют, в отличие от других компонентов, самостоятельного дискретного яруса эпигео­сферы. Жизнь проникает во все структурные ярусы эпигеосферы, однако в основном сконцентрирована на контактах литосферы и гидросферы с атмосферой, где она образует, по выражению В. И. Вер­надского, пленки жизни. Таких контактных пленок получается три, они приурочены к поверхностям суши, Океана и океанического дна.

То, что принято называть поверхностью суши, в действитель­ности есть хотя и тонкий (всего лишь десятки метров), но самый активный и чрезвычайно сложный слой, в котором тесно пере­плелись элементы литосферы, гидросферы (поверхностные и под­земные воды) и атмосферы, почва и биоценозы. Этот структур­ный слой можно назвать сферой наземных геосистем или собствен­но ландшафтной сферой, однако в данном случае говорить о сплош­ной сфере неправомерно, в действительности мы имеем дело с ее крупными и мелкими дискретными фрагментами на материках и островах. Здесь сосредоточена подавляющая часть массы живого

165 вещества; практически именно эта часть эпигеосферы является ареалом постоянного обитания человечества, где размещены его поселения. Ландшафтной сфере присуща своя достаточно дробная стратификация, представленная серией ярусов, включающих при­земный горизонт тропосферы (до высоты 30 — 50 м), пронизан­ный наземными частями растений, почвенный слой — педрсфе-ру, кору выветривания и т.д. Каждый из ярусов первого порядка может дифференцироваться на ярусы второго порядка (например, в пределах фитоценоза) или горизонты (в почве).

Сфера наземных ландшафтов отличается большим внутренним разнообразием и наиболее сложной горизонтальной (латеральной) дифференциацией. При сопряженных территориальных изменениях компонентов в процессе их взаимодействия формируются геосис­темы разных уровней, которые в дальнейшем рассмотрены особо.

Второй контактный слой эпигеосферы охватывает самую верх­нюю толщу Мирового океана (примерно до глубины 150 — 200 м) и приводный горизонт тропосферы. Проникновение в водную тол­щу солнечного света, тепла и атмосферного воздуха стимулирует интенсивную горизонтальную и вертикальную циркуляцию вод­ных масс, развитие фотосинтезирующих планктонных организ­мов. Здесь, как и в сфере наземных систем, наблюдается значи­тельная (хотя и не столь пестрая и контрастная) горизонтальная изменчивость свойств и процессов и формируются различные вод­ные (аквальные) ландшафты. Следовательно, этот структурный ярус эпигеосферы можно именовать сферой океанических геосис­тем (или ландшафтов).

Наконец, океаническое дно вместе с придонным слоем вод­ной толщи можно рассматривать как третий контактный ярус эпигеосферы, а именно ярус подводных ландшафтов. Здесь при боль­шом участии остатков водных организмов формируются донные илы — аналог почвы; происходят химические превращения в по­родах, слагающих океаническое дно. Эти процессы изменяют со­став и свойства воды в придонном слое. Обитающие в этом слое свободно плавающие животные (нектон) трофически связаны с донными организмами (бентосом) и илами. Сфера подводных ланд­шафтов обнаруживает существенные внутренние различия по го­ризонтали, а также четкую ярусность в соответствии с нарастани­ем глубин (см. разд. 3.10).