Геосферы. 
Основы геоэкологии

Геосферы (оболочки Земли) выделяются по фазовому составу слагающих их образований, что нашло отражение в наименованиях этих оболочек: гр. atmos — воздух, hydro — вода, litos — камень, соответственно, атмосфера, гидросфера, литосфера. Они являются природными сферами обитания и деятельности человека. Для других видов биоценоза отмечается избирательность сфер обитания.

Биоценоз — это совокупность растительно-животного мира, включая микроорганизмы, участвующего в едином биологическом круговороте.

Атмосфера является наиболее важной для экологии человека, гидросфера важной в целом для биоценоза, а литосфера служит основным объектам геоэкологии недропользования.

Атмосфера.

Атмосфера (воздушная оболочка) граничит с космосферой и поверхностью Земли. Она состоит из тропосферы, непосредственно обволакивающей земную поверхность и переходящей в верхние разряженные по плотности слои (стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу).

Верхние границы выделенных слоев завершаются паузами — стабильных по температуре и давлению интервалами (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Вертикальный разрез атмосферы.

Выше тропосферы после тропопаузы, на высоте 15—40 км над земной поверхностью, находится озоновый слой, играющий роль экрана атмосферы от губительного для живых организмов коротковолнового излучения Солнца. Благодаря этому слою с повышенной концентрацией озона (О3) солнечная радиация ослабляется в тысячи раз. Молекулы озона образуются под действием коротковолнового излучения солнца и разлагаются в присутствии природных и техногенных катализаторов — хлорфторуглсводородов (фреонов).

Пространство над тропосферой значительных размеров с пониженным содержанием озона получило название озоновой дыры. Возникновение озоновоой дыры связывают с природными явлениями, например с вулканической деятельностью и техногенезом. Такое пространство диаметром более 1000 км с содержанием озона наполовину меньше обычного (среднего) выявлено в 1985 г. Дж. Фармоном.

В тропосфере протекают основные геоэкологические процессы, определяющие погодные условия. Ее высота в среднем от 12 км в экваториальном поясе и до 8 км — в высоких широтах.

Тепловые потоки, поступающие от Солнца, составляют более 340 Вт/м². Треть из них отражается от поверхности и облаков Земли в космос. По О. П. Иванову [14], при этом возникает неравномерный тепловой нагрев тонкого слоя тропосферы, усиливающийся из-за горных систем. Общая циркуляция воздушных масс изображается квантованием по меридиану в виде конвективных ячеек валикового типа (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема распределения глобальных ветров и зон давлении.

Такие ячейки охватывают зоны примерно по 30° вдоль меридианов, шириной около 3300 км. В процессе циркуляции тепло океана у экватора переходит в кинетическую энергию атмосферы. Ветры первых конвективных ячеек видны у поверхности Земли, сходящиеся к экватору, называют пассатами. Ветры в верхней части тропосферы, имеющие противоположное пассатам направления, называют антипассатами.

Для вторых ячеек (между 30—60°) ветры у поверхности северного полушария дуют с запада на восток, а ветры южного полушария с востока на запад. Соответственно их называют западными или восточными.

Охлажденные на больших высотах антипассаты теряют влагу, что ведет к возникновению дождливого пояса вблизи экватора — зоны влажных тропических поясов.

В субтропическом поясе воздух становится сухим, достигнув широты 30° в обоих полушариях, соединяется с воздушными массами второй ячейки, фокусируется и в виде нисходящего потока движется к поверхности Земли. В результате возникают зоны повышенного давления с ясной солнечной погодой и сухими ветрами, что определяет расположение здесь большинства крупнейших пустынь.

Воздушные потоки в южном полушарии между вторыми и третьими конвективными ячейками известны как «бравые ветры», а широты — «ревущие шестидесятые». В приполярных широтах обоих полушарий возникают вихревые зоны нисходящих холодных воздушных масс.

Синхронно со сменой дня и ночи в верхней тропосфере в зонах смыкания глобальных конвективных ячеек формируются струйные течения узких воздушных потоков со скоростью более 30 м/с. Различают струйные течения умеренных широт, субтропические и экваториальные.

По масштабу и динамике проявления струйных течений выделяют [14]:

• • глобальные структуры столкновения и вихревой циркуляции;
• • мелкомасштабные вихревые процессы;
• • локальные процессы облачных систем.

В глобальных структурах мощно проявляются атмосферные фронты, циклоны и антициклоны. К мелкомасштабным вихревым процессам относят торнадо, смерчи и тромбы с размерами до 0,01—2 км. Они представляют собой спиралевидные восхождения воздушных масс вверх от поверхности Земли, суши или морей и океанов. Локальный характер имеют грозовые облака, молнии и град.

Атмосферные фронты — это протяженные зоны столкновения разнотемпературных воздушных потоков, фиксируемых, но линии их пересечения с поверхностью Земли (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вертикальный разрез теплого вверху и холодного внизу фронтов и их облачной системы:

• 1 — направление движения холодного воздуха вдоль поверхности Земли; 2 — движение теплого воздуха;
• 3 — движение холодного воздуха в зоне фронта;
• 4 — направление движения фронта (Погосян, 1983, с комментариями О. П. Иванова)

Циклопы — закручивающиеся в спираль с низким давлением в центре воздушные потоки, скорость ветра в которых более 17 м/с. Они приносят летом интенсивные затяжные дожди и ветреную погоду, а зимой снежные метели, бураны и пургу. Циклонические дожди нередко вызывают наводнения, особенно в тропиках, а в горах — склоновые процессы (обвалы, сели и оползни).

Антициклоны в противоположность циклонам имеют высокое давление в центре и более слабое вращение; могут вызывать сухую и жаркую погоду или сильные морозы.

Торнадо — это разрушительные вихревые образования со скоростью вращения от 115 до 300 м/с. Они возникают в окраинных частях медленно перемещающихся циклонов; характерны для засушливых районов Америки, особенно пояса субтропиков США, где ежегодно отмечается от 450 до 1500 торнадо.

Смерч — столбообразное поднятие электростатически заряженной пыли или водно-капельно жидких образований.

Тромб — это водно-нылевой вихрь между облаками и земной или водной поверхностью. Он функционирует снизу как смерч, а сверху как торнадо.

К локальным процессам облачных систем относят грозовые ливни, часто сопровождаемые градом, молнии и раскаты грома. Туманы и дымы возникают от степных, лесных, торфяных пожаров, а также могут быть техногенного происхождения. Продуктом последнего в воздушном пространстве является смог.