Физическая география – наука о географической оболочке Земли и её структурных частях. Основными структурными частями этой оболочки в пространственном распределении является суша и океаны с водной поверхностью (акваторией). Вся суша разделена на территории большой размерности – материки.
Под материком (от слова “матёрый”– крепкий) или континентом понимается крупный массив земной коры, большая часть поверхности которого выступает над уровнем Мирового океана (Океана) в виде суши, а периферическая часть погружена под уровень воды (подводная окраина материка). Для материка характерна общая мощность земной коры до 35-45 км и присутствие гранитного (гранитно-метаморфического) слоя. В современную геологическую эпоху существует 6 материков: Евразия, Северная Америка, Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида.
Большие по площади акватории, расположенные между материками называются океанами. В своей совокупности они образуют Мировой океан – непрерывную водную оболочку Земли, окружающую материки и острова и обладающую общностью солевого состава. В понятие “Океан” включают также массу его вод, подстилающую земную кору и мантию.
Часть дна океана, прилегающая к материкам, характеризуется материковым типом коры и составляет подводную часть материка, в которой по особенностям рельефа выделяют шельф, материковый склон и материковое подножье. Подножье граничит с ложем океана или с ложем котловин краевых морей (если окраина материка обрамляется зоной островных дуг). Ложу свойственно сравнительно тонкая кора океанического типа, включающая базальтовый и надбазальтовый слой.
Физическая география материков и океанов изучает строение, природные условия, историю формирования и развитие материков и их природных комплексов всех уровней и океанов. Можно сказать, что физическая география материков и океанов изучает пространственную неоднородность природы Земли. Эта пространственная неоднородность заключена, прежде всего, в морфоструктурах. Самыми крупными из них являются морфотектуры (от греч. morphe – форма и tectura – покрытие) планетарного масштаба, к которым относятся выступы материков и ложе океанов и переходные зоны между ними, т.е. самые крупные формы рельефа Земли (по Герасимову они именуются геотектурами).
В формировании морфоструктур ведущая роль принадлежит эндогенным процессам в их взаимодействии с экзогенными. Их морфологические различия определяются свойственной им геологической историей и, как следствие неодинаковым геологическим строением.
Морфоструктуры планетарного масштаба (геотектуры) расчленяются на морфоструктуры более мелкого порядка – отдельные возвышенности, горные хребты, плато, равнины, низменности и т.д. вплоть до морфоскульптур – мелких форм рельефа (долины рек, ледниковых форм рельефа, овраги, балки и т.д.). в их образовании и развитии основная роль принадлежит экзогенным процессам.
Формирование и развитие морфоструктур разного порядка и размерности (особенно планетарных – морей и океанов) – главная причина глобальных физико-географических изменений и современной дифференциации географической оболочки на природные комплексы, которые в своей совокупности определяют основные черты геологических условий, рельефа, почв, растительности, численность и хозяйственную деятельность населения конкретных территорий.
В морфоструктуре континентов существуют присущие им общие черты. На каждом континенте обязательно есть крупная горная система субмеридионального или меридионального простирания. Для Северной Америки – это будут Кордильеры, Южной – Анды, Австралии – Большой водораздельный хребет, Африки – система гор и нагорий от Драконовых гор на юге до Эфиопского нагорья на севере, для Азии – Верхоянский хребет, Европы – Уральские горы на границе с Азией. Примечательно, что в Восточном полушарии названные горные системы располагаются на востоке континентов, в Западном – на западе. Для Евразии следует отметить её особенность – величайшую горную систему субширотного простирания на юге этого суперконтинента от Атлантического океана до Тихого.
Каждый континент обязательно имеет обширную равнину или низменность – Центральные равнины бассейна Миссисипи (Северная Америка), Амазонская низменность (Южная Америка), Большой Артезианский бассейн (Австралия), Бассейн Конго (Африка), Восточно-Европейская равнина (Европа), Западно-Сибирская низменность (Азия). Помимо этого, каждый континент обязательно включает одно или несколько среднегорий или плоскогорий, среди них Аппалачи в Северной Америке, Бразильского плоскогорье в Южной Америке, Макдоннелл, Масгрейв и другие в Австралии, Тибести, Ахаггар, Дарфур в Африке, Скандинавские горы в Европе, Средне-Сибирское плоскогорье в Азии. Приведенным перечнем среднегорий и плоскогорий не исчерпывается все их разнообразие на континентах, здесь названы только наиболее примечательные из них.
Причина такой закономерности заключена в эндогенных процессах в земной коре, которые во взаимодействии с экзогенными, при своём главенстве, привело к образованию морфоструктурных подразделений материков и Мирового океана различной размерности.
В своем взаимодействии эндогенные и экзогенные процессы образуют единый физико-географический процесс, играющий главную роль в функционировании и образовании современной структуры географической оболочки. Его теоретическую концепцию сформулировал А.А. Григорьев (1943, 1948). В дальнейшем эту идею развивал Д.Л. Арманд (1977), который под природным процессом понимал перестройку материальной системы в результате цепи последовательных и сопряженных взаимодействий, приводящих к тому, что эта система в течение определенного времени меняет свое состояние, приобретая новые, ранее не характерные для нее свойства.
Это положение о едином физико-географическом процессе как сложной совокупности частных процессов, происходящих в географической оболочке, служит методологической основой современных исследований состояния и изменчивости (в том числе и под влиянием антропогенных факторов) природной среды на конкретных территориях географического ранга (ландшафт, регион, страна, материк, и др.).
Земная кора на платформах – континентального типа, мощностью от 35 до 75 км, трёх или четырёхслойного строения. Верхний осадочный слой (средняя плотность 2,4-2,5 т/м3), мощностью до нескольких километров, состоит из разновозрастных изменённых или неизменённых осадочных и вулканических пород, которые нередко разорваны, смяты в складки или смещены по разрывам. В образовании осадочного слоя большую роль играют живые организмы, захоронив себя в былых биосферах. Остальные два или три слоя часто объединяют в единую консолидированную кору, учитывая трудность её исследования и неоднозначность объяснения полученных результатов.
В двухслойной модели консолидированной коры выделяют верхний гранитный (гранитно-метаморфический, гранитно-гнейсовый) и нижний базальтовый (гранулит-базитовый) слои со скоростью продольных сейсмических волн 5,5-6,5 и 6,5-7,5 км/сек соответственно. Эти слои, которые разделены поверхностью Конрада (К), не всегда уверенно различаются (Хаин, Михайлов, 1985). В трёхслойной модели консолидированной коры выделяется следующие слои: гранитный (скорость прохождения продольных волн 5,5-6,4, диоритовый (6,4-6,7) и базальтовый (6,8-7,7 км/сек), разделённые поверхностями К1и К2(Павленкова, 1979).
Традиционные названия слоёв земной коры “гранитный”, “диоритовый” и “базальтовый” условны, так как они могут включать и другие горные породы той же основности, но разной степени метаморфизма. В частности, более или менее полно известен вещественный состав гранитного слоя, доступный для исследования в результате буровых работ.
Консолидированную кору подстилает субстрат (переходный слой между корой и астеносферой). Границей с субстратом служит поверхность Мохоровичича. Скорость продольных сейсмических волн при переходе через эту поверхность сверху вниз возрастает с 6,7-7,6 до 7,9-3,2 км/сек и больше. Плотность вещества также возрастает с 2,9-3,0 до 3,1-3,5 т/м3. Переход коры к мантии носит сложный характер, поэтому выделяется несколько поверхностей Мохоровичича (М1, М2и т.д.).
Континентальную кору пониженной мощности (менее 30 км), с менее четко выраженным гранитным слоем иногда называют субконтинентальной. Сейсмические разделы в коре нередко являются границами зон регионального метаморфизма или зонами повышенного дробления и проницаемости пород, а не смены их состава. Океаническая земная кора имеет толщину до 5-10 км. В современное геологическое время она находится под морскими водами, если их глубина больше 3,5 км, и подразделяется на три слоя: верхний (менее 1 км) – осадочный, средний – в основном базальтовый, и нижний, сложенный габбро, серпентинитами – ультраосновными породами с содержанием кремнезёма менее 40 %.
С глубиной температура горных пород повышается и в верхней мантии под материковой корой она предполагается близкой к 600-700 °С. В пределах территории Беларуси значение температур на поверхности Мохоровичича изменяется от 340 до 460 °С (Зуй, Цыбуля, Левашкевич, 1991). В астеносфере, нижняя граница которой находится на глубинах 250-350 км, температура, по всей видимости, близка к точке плавления (1500-1600 °С) горных пород.
По этой причине вязкость вещества здесь сильно понижена по сравнению с земной корой. Астеносфера – основной очаг образования магмы. В ней происходит медленной перемещение разогретого до плавления вещества, которое служит предполагаемой причиной вертикальных и горизонтальных движений земной коры.
Земная кора, представляющая собой хрупкую оболочку, разбита на отдельные геологически разновозрастные, более или менее активные глыбы, которые подвержены постоянным движениям, как вертикальным, так и горизонтальным. Крупные (несколько тысяч километров в поперечнике), относительно устойчивые глыбы земной коры с низкой сейсмичностью и слабо расчленённым рельефом получили название платформ. Они имеют кристаллический складчатый фундамент и разновозрастный осадочный чехол. В зависимости от возраста платформы делятся на древние (докембрийские) и молодые (палеозойские, мезозойские и кайнозойские). Древние платформы являются ядрами современных континентов, общее вздымание которых сопровождается быстрым поднятием (с образованием антеклизы) или опусканием (синеклизы) их отдельных структур (щитов и плит).
Господствующая до 1960-х годов концепция фиксизма утверждала постоянное (фиксированное) положение континентов на поверхности Земли и главенствующее значение вертикальных движений в развитии земной коры. Складчатость горных слоёв – результат постоянного уменьшения (контракции) объёма Земли в результате её длительного охлаждения.
Крупные прогибы земной коры с мощной толщей морских осадков, согласно этой концепции, получили название геосинклиналей или геосинклинальных складчатых поясов, которые в современном лике Земли представлены горными системами, и образование которых связано, согласно контракционной гипотезе, с уменьшением объёма Земли.
В соответствии с концепцией фиксизма причина разделения земной коры на платформы и геосинклинали заключена в пространственно неравномерном протекании глубинных процессов в астеносфере и, возможно, нижней мантии (неравномерный разогрев вещества и вертикальное перемещение его масс).
В 1912 г. немецкий геофизик и метеоролог А. Вегенер выдвинул первые доводы в пользу идеи дрейфа континентов (концепция мобилизма). Аргументами в пользу дрейфа материков, кроме совпадения их очертаний, служили также окаменелые остатки представителей древних флор и фаун, особенности геологического строения береговых районов, палеоклиматические данные (покровные оледенения) и некоторое сходство современных флор и фаун.
Дрейф континентов А. Вегенер объяснял влиянием центробежных сил, возникающих при вращении Земли вокруг своей оси. К 50-ым годам 20 столетия эта гипотеза с неубедительной причиной образования разломов и раздвижения материков, была практически забыта. Переосмысление идей А. Вегенера привело к тому, что, вместо дрейфа континентов, вся литосфера стала рассматриваться как подвижная твердь Земли, и данное представление, в конечном итоге, возродило концепцию мобилизма.
Ее современный вариант получил название “новой глобальной тектоники” или “тектоники литосферных плит”. Возрождение этой концепции, основывающейся на результатах изучения рельефа дна, современных магнитных полей океанов и на данных палеомагматизма, связано с именем американского геолога Г. Хесса. Её основные положения в настоящее время разделяются подавляющим большинством учёных и специалистов в области наук о Земле.
Однако, причины и механизм передвижения блоков земной коры не находили объяснения. В развитие этой концепции, по мере накопления новой научной информации, было сформировано представление о новообразовании океанов в процессе их расширения (спрединга), начиная от осей срединных хребтов, и заполнения базальтовой магмой, изливающейся в рифтовых щелях. Позднее представление о спрединге, рождающем новую океанскую кору, было дополнено представлением о её субдукции – поглощении в глубоководных желобах, окаймляющих вулканические островные дуги, происходящем вдоль наклонных сейсмоактивных зон, уходящих глубоко в мантию.
Согласно новой глобальной тектонике, литосфера, включая верхнюю мантию, “разломана” на литосферные плиты – глыбы материковой коры с припаянными к ним обширными участками океанической коры, крупнейшими из которых являются: Евразиатская, Северо-американская, Южно-американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Эти плиты, кроме Тихоокеанской, несут на себе континенты. Кроме того, существуют плиты меньшей размерности: Наска, Кокос, Карибская, Аравийская, Филиппинская и др.
Причина перемещения литосферных плит заключена в обмене веществом между верхней и нижней мантией в результате конвекционных (от лат. convectio – принесение, доставка) течений, образующих замкнутые ячейки, имеющие горизонтальные размеры в несколько тысяч километров. Плиты расходятся от срединно-океанических хребтов к молодым складчатым поясам Альпийско-Гималайскому и Циркумтихоокеанскому. Причина этого расхождения заключена в том, что именно под срединно-океаническими хребтами происходит подъём разогретого вещества мантии, который раздвигает по обе стороны от оси хребта ранее вынесенную породу, образуя “щель” – рифт.
Аналогичные рифты образуются и под материками, стремясь расколоть его на отдельные глыбы, например в восточной Африке. Именно процесс раздвигания океанического дна получил название спрединга. Для каждого участка срединно-океанических хребтов скорость раздвигания непостоянна и изменяется от 2-4 см/год (Атлантический океан) до 17-18 см/год (Тихий). При раздвигании океанического дна происходит перемещение континентов вместе с литосферными плитами, на которых они пассивны.
Движущиеся плиты сталкиваются в планетарном поясе сжатия, образуя горные пояса в результате коробления края континентов. В зоне глубоководных желобов в этом поясе сжатия происходит подвиг (субдукция) океанической, более тяжёлой коры под континентальную, менее тяжёлую, т.е. океаническая кора вместе с континентальной и нижележащим слоем литосферы уходит под материки в менее вязкую астеносферу. Погружаясь глубже в недра Земли, они образуют нисходящую ветвь конвективного движения вещества в мантии. Однако на некоторых разломах перемещение плит происходит только горизонтально, без существенного раздвижения или надвигания.
Погружаясь в мантию, океаническая и континентальная кора переплавляется, слагающие их породы теряют воду, металлы, часть кремнезёма и другие подвижные соединения и элементы. Более тяжёлые вещества опускаются вместе с нисходящей ветвью конвективной ячейки, лёгкие (магма, богатая водой и кремнезёмом) поднимаются на поверхность наползающего края плиты, формируя вулканические цепи островных дуг и континентальных окраин.
Наиболее очевидным проявлением протекающих в литосфере процессов является вулканизм и землетрясения, приуроченные к сейсмическим зонам, которые совпадают со срединно-океаническими хребтами в океанах, рифтами и поясом сжатия на материках. Сторонники глобальной тектоники плит считают, что конвекционные ячейки в мантии существуют 200-300 млн. лет, после чего происходит их перестройка. По этой причине тектонические циклы совпадают с конвекционными. Главным процессом, определяющим эту эволюцию Земли, является плотностная дифференциация первичного вещества планеты, приводящая к выделению тяжёлого ядра и образования её геосфер (Сорохтин, 1974).
Новые геологические материалы о наличии вертикальных токов (струй) расплавленного вещества, поднимающихся от границ самого ядра и мантии к земной поверхности, легли в основу построения новой, так называемой«плюмовой» тектоники, или гипотезы плюмов. Она опирается на представления о внутренней (эндогенной) энергии, сосредоточенной в нижних горизонтах мантии и во внешнем жидком ядре планеты, запасы которой практически неисчерпаемы. Высокоэнергетические струи (плюмы) пронизывают мантию и устремляются в виде потоков в земную кору, определяя тем самым все особенности тектономагматической деятельности. Некоторые приверженцы плюмовой гипотезы склонны даже считать, что именно этот энергообмен лежит в основе всех физико-химических преобразований и геологических процессов в теле планеты.
В последние десятилетия геологами и географами много сделано для изучения движения плит. В учебной географической литературе практически все особенности структуры литосферы объясняются с позиций тектоники литосферных плит. В основном это справедливо. Однако при беглом взгляде на обзорные географические карты видно, что многочисленные морфоструктуры (или их отдельные территории) имеют не только линейно протяжённые структуры, но и многочисленные округлые, концентрические, спиралевидные и вихревидные образования (например, в Альпах, Апеннинах, Карпатах и др.).
Геологическими исследованиями выявлено, что значительную роль в их образовании сыграли силы, возникающие при вращении всего земного шара и отдельных глыб или блоков литосферы. Это явление получило название ротогенеза (от лат. roto – вертеть), а сами структуры ротационными (Кац и др., 1991).
Ротогенез – это образование структур литосферы вследствие вращательных движений Земли вокруг своей оси, а также в результате поворотов при горизонтальном перемещении литосферных плит и вращения отдельных жёстких блоков земной коры. Причина ротогенеза возможно заключена в процессах конвекции в мантии (Гарбар, 1987). Проблемы ротогенеза и мобилизма находятся только в начальной стадии разработки, в этих планетарных процессах пока много неясного.
В последнее время многие исследователи всё больше стали склоняться к мысли, что неравномерным распределением эндогенной энергии Земли, как и периодизацией некоторых экзогенных процессов, управляют внешние по отношению к планете (космические) факторы.
Из них наиболее действенной силой, непосредственно влияющей на геодинамическое развитие и преобразование вещества Земли, по-видимому, служит эффект гравитационного воздействия Солнца, Луны и других планет, с учётом инерционных сил вращения Земли вокруг своей оси и её движения по орбите. Основанная на этом постулате концепция центробежно-планетарных мельниц позволяет, во-первых, дать логическое объяснение механизму дрейфа материков, во-вторых – определить главные направления подлитосферных потоков.
Пространственная неоднородность природы Земли заключена не только в территориальном сочетании морфоструктур (и морфоскульптур), но и в своеобразие климата, горных пород, почв, растительности, животного населения и их генетической совокупности – ландшафтов конкретных территорий. Для учебных целей и решения практических задач в использовании природных ресурсов и их охраны необходима генерализация (объединение этих индивидуальных черт в доступные для изучения (и применения на практике) природные комплексы.
Это выделение и картографирование природных (физико-географических, или полных по набору природных черт) комплексов разной размерности и строения получило название физико-географического районирования. Физико-географи-ческое районирование включает исследование состава, структуры, процессов формирования и динамизма комплексов. В физико-географическом районировании существует два основных подхода: зональный и региональный (незональный). Первый из них связан с зональным распределением по поверхности земли температуры, осадков, почв, растительности, животного мира и ландшафтов. Система единиц: пояс – зона – полоса (подзона). Второй, региональный – учитывает индивидуальные региональные отличия тектонико-геоморфологических образований (морфоструктур различного порядка). Система единиц: материк (континент) – субматерик (группа стран или подконтинент, например Центральная Европа, Восточная Африка, Юго-Восточная Азия и т.д.) – страна (Альпы, Гималаи, Урал, Восточно-Европейская равнина и т.д.) – область, или провинция (Полесье, Поозерье и т.д.) – район.
При районировании больших территорий применяется наложение схем зонального и регионального районирования (например, в пределах физико-географических стран выделяются зоны в узком смысле слова) или в пределах природной зоны может быть несколько стран. Физическая география, кроме этих подходов, располагает широким набором принципов и методов районирования, которые применяются в отраслевых исследованиях (климатологии, геофизике, геохимии, геоморфологии, гидрологии и др.).
