Иерархия региональных геосистем

дифференциация эпигеосферы и физико-географическое районирование

Дифференциация эпигеосферы на геосистемы регионального уровня обусловлена сложными взаимоотношениями двух главных энергетических факторов - лучистой энергии Солнца и внутриземной энергии, их неравномерным распределением, как в пространстве, так и во времени.

Количество поступающей коротковолновой радиации Солнца на единицу площади земной поверхности уменьшается от экватора к полюсам вследствие шарообразности Земли. С этим связано закономерное изменение всех физико-географических процессов и в целом геосистем по широте, называемое географической (широтной) зональностью Зональность имела бы математически правильный характер, если бы вся поверхность земного шара была однородной по своему составу и не имела бы неровностей. В действительности же картина зональности оказывается много сложнее..

Уже в атмосфере поток солнечных лучей подвергается преобразованию. Здесь часть его отражается от облаков и рассеивается в мировом пространстве. В силу подвижности воздушной среды образуются циркуляционные пояса с воздушными массами, обладающими неодинаковой прозрачностью по отношению к солнечным лучам. Над экватором в атмосфере много облаков, которые сильно отражают и рассеивают коротковолновую радиацию, тогда как в тропиках воздух наиболее сух и прозрачен. Поэтому максимальное количество лучистой энергии Солнца приходится не на экватор, а на пояса между 20-й и 30-й параллелями в обоих полушариях.

Важнейшим следствием зональности радиационного баланса и циркуляции атмосферы является зональное распределение тепла и влаги. Запасы тепла на земной поверхности изменяются в общем соответствии с радиационным балансом, а также среднемесячных температур, в особенности теплых месяцев. Однако зональные изменения увлажнения имеют иной, более сложный характер. Атмосферные осадки имеют два максимума - главный на экваторе и второй в умеренных широтах, и резкий минимум в тропиках, т. е. как там, где запасы солнечного тепла наибольшие.

Чтобы судить о влагообеспеченности геосистем, необходимо сопоставить ее с величиной испаряемости. Испаряемость - это то количество влаги, которое могло бы испариться в данных условиях при допущении, что ее запасы неограниченны. Испаряемость характеризует как бы потребность геосистемы во влаге, ее предельное количество, которое может «работать» в природном комплексе. В общих чертах распределение испаряемости повторяет зональные кривые теплообеспеченности, с особенно резким максимумом в тропиках (до 4000-5000 мм в год) и минимумом в приполярных широтах (менее 100 мм в год). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости - так называемый коэффициент увлажнения Г. Н. Высоцкого - Н. Н. Иванова (К) - может служить наиболее объективным показателем атмосферного увлажнения. При К?1 увлажнение избыточное (наблюдается в высоких широтах - примерно к северу и к югу от 50-й параллели), а при К<1 - недостаточное (это имеет место в тропиках, где К практически приближается к нулю) .

От соотношения тепла и увлажнения зависит интенсивность других физико-географических процессов и их зональная дифференциация. К наиболее удачным из интегральных количественных показателей относится показатель биологической эффективности климата ТК, предложенный в 1959 г. Н. Н. Ивановым. Он представляет собой произведение суммы активных температур Т (выраженных в сотнях градусов Цельсия) и коэффициента увлажнения К (причем предельной величиной К считается 1. 0, так как увеличение избытка влаги сверх единицы не оказывает положительного влияния на биоту и на функционирование геосистем).

ТК изменяется от 0 в приполярных широтах до 100 в приэкваториальных. Многие другие частные показатели функционирования геосистем (гидрологические, биологические и др.) обнаруживают хорошее соответствие с величиной ТК. Синтетическим показателем, наиболее полно отражающим интенсивность функционирования геосистем, может служить биологическая продуктивность, меняющаяся от полюса к экватору также как и показатель биологической продуктивности климата.

Универсальное значение закона зональности, установленного еще В. В. Докучаевым, наглядно проявляется в почвообразовании и органическом мире. Не случайно большинство природных (ландшафтных) зон именуется по характерным типам растительности (зоны широколиственных лесов, лесостепи, экваториальных лесов и др.).

Некоторые географы считают, что закон зональности не распространяется на рельеф и геологическое строение. Но это не так. Все так называемые скульптурные формы рельефа (в отличие от структурных, связанных с тектоническими движениями) формируются под влиянием выветривания, деятельности льда, ветра, текучих вод. А эти процессы имеют определенно зональную природу. Потому наблюдаются четко выраженные зональные комплексы скульптурных форм рельефа (например, мерзлотные впадины и бугры, торфяные бугры в тундре, разнообразные эоловые формы, солончаковые впадины, предгорные шлейфы в пустыне и т. д.) .

Осадочная толща земной коры формируется под воздействием климата, ледников, стока, почвообразования, жизнедеятельности организмов, и ей также присуща зональность, хотя она и прослеживается только при анализе геологической истории. Зональны донные илы в Мировом океане и континентальные отложения на суше (ледниковые и водно-ледниковые в полярных областях, торф в тайге, соли в пустыне и т. д.). Однако осадочные толщи накапливались в течение многих миллионов лет. За это время картина зональности многократно менялась в связи с переменами в положении оси вращения Земли и другими астрономическими причинами. Для каждой конкретной геологической эпохи можно восстановить присущую ей систему зон с соответствующей дифференциацией процессов осадконакопления. В строении современной осадочной оболочки мы, таким образом, наблюдаем результаты перекрытия множества разновременных зональных систем. Каждая из них оставила свои осадочные породы, которые, в сущности, представляют реликты былых зональных условий и процессов.

Закон зональности имеет универсальное географическое значение, прямо или косвенно проявляющееся во всей эпигеосфере. Свое комплексное выражение он находит в формировании ландшафтных зон - крупнейших геосистем регионального уровня. Схематично зональная структура всей суши может быть представлена на рисунке 3 в виде зонального деления обобщенного континента. Такую форму имела бы суша земного шара, если ее собрать в единый массив путем суммирования площадей материков по всем параллелям.


На той же схеме (рис. 3) выделены ландшафтные секторы - также региональные геосистемы высокого ранга, но образующиеся в силу проявления иной универсальной географической закономерности - секторальности, связанной с взаимодействием суши и океанов. Континентально-океанический перенос воздушных масс как бы накладывается на зональную циркуляцию и сильно ее усложняет. Достаточно вспомнить о муссонах - мощных воздушных потоках, которые летом устремляются с относительно холодного океана на более прогретую сушу, а зимой - в противоположном направлении. По мере удаления от океанических побережий в глубь континентов уменьшается влияние морских воздушных масс и усиливается континентальность климата, сокращается количество осадков. Все географические компоненты так или иначе реагируют на эту закономерность, изменяясь от периферии континентов к их внутренним частям.

В 1921 г. В. Л. Комаров назвал эту закономерность меридиональной зональностью, сейчас более принят термин «секторальность». В. Л. Комаров считал, что каждый материк можно разделить на три «меридиональные зоны» - две приокеанические (западную и восточную) и одну внутриматериковую. В действительности картина оказалась более сложной, и строгой симметрии в расположении «меридиональных зон» почти не бывает. В умеренных широтах Евразии, где суша имеет наибольшую долготную протяженность, выражены не только три основных сектора, но и целая серия переходов, причем благодаря мощному западному переносу воздушных масс морской воздух с Атлантического океана проникает далеко в глубь суши, сдвигая центральный резко выраженный континентальный сектор к востоку. В тропиках наблюдается резкая асимметрия секторов: сухой континентальный сектор сдвинут к западу, приокеанический сектор хорошо выражен лишь на востоке (влияние муссона).

Между зональностью и секторностью существуют сложные соотношения. Каждая зона претерпевает определенные трансформации при переходе из одного сектора в другой. Например, таежная зона в западном приокеаническом (Западно-Европейском) секторе отличается очень влажным, ровным климатом, господством темнохвойных (еловых) лесов, здесь нет многолетней мерзлоты. По мере переходов к крайне континентальному Восточно-Сибирскому сектору климат тайги становится все более суровым, осадков выпадает все меньше, появляется многолетняя мерзлота, господство переходит к лиственничным лесам. Некоторые зоны присущи только определенным секторам, например, зона влажных субтропических лесов приурочена к восточному приокеаническому (муссонному) сектору, а все пустыни связаны с внутриматериковыми секторами.

В результате каждому долготному сектору присущ специфический набор, или «спектр», широтных зон, или, лучше сказать, своя система зон. Восточная периферия материков отличается наиболее обильным увлажнением, и здесь господствуют лесные ландшафты разных зональных типов - от таежных до экваториальных. Степи, полупустыни, пустыни нигде не заходят в восточные приокеанические секторы. В западных секторах для тропических широт характерна аридность и зона пустынь достигает океанических берегов; только в этих секторах развита средиземноморская зона. Во внутриматериковых секторах площадь занимают зоны тропических, субтропических и суббореальных (умеренного пояса) пустынь (см. рис. 3).

Разнообразие структур земной коры и ее рельефа обуславливает азональную дифференциацию эпигеосферы. Первичным и самым существенным проявлением азональности является контраст между сушей и океанами. Строго говоря, рассмотренная выше секторность - следствие этого главного азонального контраста. Если далее обратиться к суше, точнее к сфере наземных ландшафтов, то здесь наблюдаются чрезвычайное разнообразие и пестрота геосистем в связи с морфоструктурами земной поверхности. Под морфоструктурами понимают крупные неровности, созданные эндогенными процессами. Они различаются по своему высотному (гипсометрическому) положению, вещественному составу, тектонической подвижности. Существуют морфоструктуры разных порядков. К крупнейшим из них относят горные системы, крупные платформенные равнины и плоскогорья. Далее выделяются отдельные возвышенности и низины, межгорные впадины, глыбовые массивы и т. д.

Очень существенное географическое значение имеет петрографический состав пород, которыми сложены различные морфоструктурные подразделения земной поверхности. При полном сходстве зональных и секторных условий разные, подчас весьма контрастные геосистемы формируются на кристаллических породах древних щитов, на известняковых плато, ледниковых валунных суглинках (морене), аллювиальных песках и т. д. В отличие от зональности, азональная дифференциация не обнаруживает какой-либо упорядоченности, т. е. определенной направленности пространственных изменений. Ей присущи пестрота, контрастность, резкость переходов.

Особенностью азональности является то, что в ней латеральная («горизонтальная») дифференциация сочетается с вертикальной. Один из главных признаков всякой морфоструктуры - ее высотное положение по отношению к уровню Океана. С этим связано ярусное строение сферы наземных ландшафтов. Два главных высотных яруса - равнинный и горный - подразделяются: первый - на низины и возвышенности, второй - на низко-, средне-, и высокогорья (см. рис. 2). Это деление имеет важное физико-географическое значение, поскольку все свойства геосистем существенно изменяются по ярусам, и прежде всего в силу уменьшения запасов солнечного тепла с высотой.

С высотными различиями связано еще одно важное географическое следствие - так называемый барьерный эффект. Неровности земной поверхности служат препятствиями на пути движения воздушных масс, вызывая их восходящие движения и способствуя выпадению осадков. Поэтому наветренные склоны даже сравнительно невысоких возвышенностей (например, Валдайской) получают за год на 150-200 мм больше осадков, чем прилегающие низменности. Если учесть, что одновременно происходи некоторое понижение температуры воздуха (примерно на 0. 5оС на каждые 100 м высоты), то станут понятными многие существенные различия в природе рядом расположенных низин и возвышенностей. В лесостепной зоне, например, леса на возвышенностях распространяются значительно дальше к югу, чем на низменностях.

Совместное географическое действие высотного (гипсометрического) и барьерного эффектов особенно ярко проявляется в горах, где амплитуды высот измеряются тысячами метров. Горам свойственна высотная поясность (или вертикальная зональность, как ее определил еще В. В. Докучаев). Высотный температурный градиент в сотни раз превышает широтный. Поэтому, поднявшись на несколько тысяч метров, можно наблюдать смену высотных поясов, напоминающую в сильно сжатом виде последовательность широтных зон на протяжении тысяч километров. Если температурные условия в горах находятся в прямой зависимости от высоты, то изменения увлажнения определяются барьерным эффектом: по мере поднятия воздушных масс перед горным барьером вначале происходит быстрое увеличение осадков, но затем запасы влаги иссякают и осадки уменьшаются.

Высотные пояса с большой натяжкой можно рассматривать как аналоги широтных зон. Некоторые высотные пояса (например, альпийские луга, высокогорные холодные пустыни Тибета и Восточного Памира) невозможно сопоставить с какими-либо широтными зонами. С другой стороны, многие зоны (средиземноморская, тропические пустыни и др.) не имеют своих «копий» в горах. Структура высотной поясности, т. е. весь «спектр» поясов, - не простое повторение системы широтных зон, она обнаруживает множество вариантов. Разнообразие высотных «спектров» зависит от принадлежности горного поднятия к той или иной зоне, к т ому или иному спектру, а также от орографических и других условий. Пояс альпийских лугов, например, присущ приокеаническим секторам, а в континентальных секторах его замещают горные тундры и гольцы. С приближением к экватору число поясов число поясов, как правило, увеличивается, а их высотные пределы смещаются вверх. На южных и подветренных склонах наблюдаются более аридные варианты поясности, чем на северных и наветренных. Так, в горах Южного Забайкалья часто северные склоны лежат в поясе горной тайги, в то время как южные заняты степями.

Итак, причины региональной дифференциации эпигеосферы многообразны, они создают множество природных рубежей, которые разделяют структурные подразделения, или физико-географические регионы, имеющие разную природу. Каждой региональной закономерности отвечает своя система регионов. Уже отмечалось, что зональность конкретизируется в системе ландшафтных зон (которые подразделяются на единицы второго порядка - подзоны), секторность - в системе ландшафтных секторов. Азональная дифференциация выражается в системе физико-географических, или ландшафтных, стран (например, Русская равнина, Урал, Западно-Сибирская равнина), которые подразделяются на ландшафтные области (например, Полесская, Среднерусская, Прикаспийская).

Таким образом, региональная структура эпигеосферы не укладывается в один иерархический ряд, она представлена несколькими перекрывающимися рядами. Каждое подразделение этих рядов представляет собой определенную географическую целостность, но целостность эта как бы неполная, односторонняя. Так, тайга - это целостность в зональном отношении, но она очень разнородная в азональном плане. Урал - целостная азональная система, но резко разнородная по зональным признакам. Следовательно ни одна из перечисленных выше крупных структурных частей эпигеосферы не отвечает условию региональной географической однородности, или единства, по всем критериям - зональным, секторным, азональным. Чтобы достичь такого единства, надо, очевидно, спуститься на достаточно низкий уровень региональной дифференциации, при котором как зональные, так и секторные и азональные различия стираются. Такой единицей - основной, или узловой, в иерархии систем - служит ландшафт.

Построение единой системы соподчиненных физико-географических (ландшафтных) регионов входит в задачи физико-географического районирования. Эти задачи состоят в том, чтобы, принимая за исходное наличие двух главных региональных рядов - зонального и азонального, соединить их производными или связующими единицами, которые сочетали бы в себе как зональные, так и азональные признаки. Районирование многоступенчато, и целесообразно рассмотреть всю систему по трем ступеням «сверху вниз».

К верхней ступени относятся региональные единицы самого высокого ранга: в зональном ряду - ландшафтная зона, а в азональном - ландшафтная страна. Всякая зона, пересекая различные страны, приобретает особую региональную специфику. Так единая тайга в пределах Русской равнины отличается умеренно-континентальным климатом, довольно разнообразным, хотя в целом равнинным, рельефом, отсутствием вечной мерзлоты и рядом других признаков. На Урале это горная тайга с «надстройкой» из высотных поясов редколесий и горных тундр. В Западной Сибири - преимущественно низменная, сильно заболоченная континентальная тайга, в северной части которой уже распространена вечная мерзлота. И так далее. Отсюда вся тайга распадается на отдельные «отрезки», которые и представляют собой производные зонально-азональные регионы первого порядка - «зоны в узком смысле слова». Это хорошо видно на схеме физико-географического районирования Российской Федерации (рис. 4). Такие схемы высших физико-географических регионов служат первичной (базовой) основой для систематизации материала по географии любых участков земной поверхности.


Однако для ряда практических целей (разработки природоохранных программ по крупным экономическим или административным регионов, изучения географии в вузе и др.) переходят ко второй ступени районирования (рис. 5). На этой ступени выделяются единицы второго порядка - в зональном ряду ландшафтные подзоны, а в азональном - ландшафтные области. Соответственно выделяются две новые производные единицы - ландшафтные провинции и подпровинции. Первые представляют собой «отрезки» ландшафтных зон в разных областях, а вторые - аналогичные отрезки ландшафтных подзон. Каждая зона в пределах той или иной ландшафтной области имеют свои особые азональные черты, в ее природе появляются некоторые характерные детали, что и дает право для ее дальнейшего подразделения на провинции. Например, тайга в пределах Северо-Западной ландшафтной области, сохраняя все свои типичные зональные признаки, выделяется свежими формами рельефа, обилием озер, густой, но неразработанной речной сетью, относительно мягким климатом и т. д. В Двинско-Мезенской области таежная провинция характеризуется более древним сглаженным рельефом, хорошо развитой речной сетью, малым количеством озер, большим участием сибирским элементом в растительном покрове и т. д.


Подзоны выделяются по второстепенным зональным признакам. В тайге, например, средняя подзона характеризуется наиболее типичными проявлениями таежной природы; северная и южная подзоны обнаруживают черты перехода к соседним зонам. Естественно, простираясь через различные ландшафтные области, каждая подзона также претерпевает воздействие азональных факторов. Отсюда получаются ландшафтные подпровинции, например, Северо-Западная северотаежная, Северо-Западная среднетаежная, Северо-Западная южнотаежная.

Ланшафтные провинции подпровинции - «замыкающие» зонально-азональные единицы второй ступени ландшафтного районирования. Однако в их пределах еще могут быть обнаружены существенные региональные различия, преимущественно азонального характера. Отсюда следует перейти к третьей, заключительной ступени регионального деления геосистем - ландшафту.