Текст книги "Молодость древней науки"
Автор книги: Игорь Забелин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 9 страниц)
Но это общее положение еще не объясняет причин возникновения высотной поясности, которая прослеживается всюду, кроме высокой Арктики и Антарктики.
Подсчитано, что интенсивность солнечной радиации в горах возрастает на 10 % на каждую тысячу метров. Объясняется это в первую очередь тем, что с высотой воздух становится чище и прозрачней и те примеси, которые в приземных слоях на равнинах рассеивают солнечные лучи, в горах не мешают им доходить до почвы, до грунта.
Но почему же тогда чем выше, тем холоднее?
А вот почему: в горных странах с высотой быстрее, чем напряжение приходящей солнечной радиации, возрастает излучение с поверхности Земли, и в итоге это приводит к понижению температуры и, следовательно, к высотной поясности.
Но почему излучение превышает приход? И это известно. Роль «меха» в «голубой шубе Земли», как вы, наверное, помните, играет углекислый газ. А по мере подъема вверх количества его в атмосфере уменьшается. Стало быть, прозрачная атмосфера больше пропускает к поверхности земли солнечной энергии, но не может сохранить полученное тепло, теряет его больше, чем сама же пропускает. В конечном итоге это и приводит к тому, что с высотой температура понижается.
С этим сложным явлением не надо путать понижение температуры с высотой при подъеме, скажем, воздушного шара. Здесь – иная причина. Дело в том, что воздух нагревается не сам по себе, а от поверхности земли уже усвоенным почвой теплом. Но чем дальше (или выше) от «печки», тем, естественно, холоднее.
И еще одно замечание. Случается, что в книгах о природе земного шара сравнивают широтную зональность с высотной поясностью. Повод для такого сравнения есть, потому что в природных особенностях, допустим, таежной подзоны и таежного пояса в горах есть общие черты. Не надо только это сравнение доводить до крайности и утверждать, что высотные пояса – копии соответствующих зон. Этого не следует делать, во-первых, потому, что разные причины приводят к возникновению зональности и поясности (в первом случае первопричина – шарообразность планеты и наклон солнечного луча), а во-вторых, потому, что горные пояса при резком расчленении рельефа и повышенной динамичности почти всех процессов все-таки отличаются от равнинных зон. Они – как бы их аналоги, но не копии.
Вернемся теперь к самим высотным поясам. Количество поясов, так сказать их «набор», всегда зависит от той зоны, в которой находится основание горной страны. Именно по этой причине и нет высотных поясов в пределах зоны арктической или антарктической пустыни.
В зоне тундры уже возможен верхний пояс высокогорных (арктических) пустынь. В лесной зоне, в тайге вершины гор заняты гольцовым (безлесным) поясом. А в горах Средней Азии выделяют:
1) пустынный высотный пояс;
2) полупустынный высотный пояс;
3) пояс сухих степей;
4) лесо-лугово-степной пояс;
5) субальпийский пояс;
6) альпийский пояс;
7) вечные снега.
Иным будет «набор» поясов, скажем, в Африке. Вечные снега венчают Килиманджаро, а выделяют там такие пояса;
1) сухую степь;
2) саванну и редколесье;
3) вечнозеленый тропический лес;
4) субальпийские луга;
5) альпийские луга;
6) вечные снега.
Распределение высотных поясов зависит от особенностей и количества осадков. Встречая на своем пути горный хребет, воздушные массы, стремясь преодолеть его, начинают подниматься. Поднимаясь, они охлаждаются, влагоемкость их понижается, и лишняя влага выпадает в виде дождя или снега. Но дожди особенно обильны не при начале подъема и не в конце его, а где-то в средней части, обычно на высоте 2000–3000 метров. Поэтому там и располагаются более влаголюбивые, чаще всего лесные пояса. Причем на наветренном склоне хребта они могут быть, а на противоположном – подветренном – отсутствовать, потому что подветренный склон оказывается в так называемой «дождевой тени» и осадков получает очень мало.
На суше, в пределах ландшафтного комплекса, природные условия заметно изменяются на одной и той же широте. Это зависит, например, от такого фактора, как близость моря. Скажем, для Ленинграда характерно нежаркое, часто пасмурное, с дождями лето и нехолодная зима, с оттепелями, снегопадами. На той же широте в Якутии лето ясное, теплое, но зима настолько суровая, что морозы достигают 50°, а в некоторые дни столбик термометра опускается и значительно ниже. В океанах тоже на одной широте может быть разная температура воды (это зависит от комбинации холодных и теплых течений), но таких резких контрастов, как на суше, вы нигде не найдете.
Но что особенно отличает океанические условия от материковых – это резкие изменения температуры для большинства районов Земли по сезонам и в течение суток. Даже в замерзающих морях температура воды зимой держится около 0°, а летом поднимается до 14–16°. В тех же районах на суше она зимой может опускаться до 40° мороза, а летом подниматься до 30° жары. Летом за ночь море остывает на 3–4°, а на суше, особенно в пустынях, ночные температуры бывают ниже дневных примерно на 20°. В распределении температуры в горах, а следовательно и растительности, большое значение имеет экспозиция склонов. В южной Сибири на сравнительно небольшой сопке часто можно увидеть такую картину: на северном склоне растет лес, а на южном – степная растительность. Объясняется это тем, что южный склон получает значительно больше тепла, чем северный. Наконец, при недостатке влаги многое зависит от характера грунтов. В пустынях различают песчаные, глинистые и каменистые участки. Лучше всего сохраняют то небольшое количество влаги, которое все-таки выпадает в пустынях, пески; на них богаче и растительность. В южных горных районах нашей страны в трещиноватых гранитах больше скапливается воды, чем в плотных песчаниках. Поэтому на гранитах растут леса, а на песчаниках степные травы.
Все эти факторы в своей совокупности и приводят к тому, что поверхность суши, ландшафтный комплекс, подразделяется на множество мелких «клеточек», каждая из которых заметно отличается от соседних. Вот такие «клеточки» и называют географическими ландшафтами. Лес на гранитах и степная растительность на песчаниках в ущелье Терскей-Алатау – это два разных ландшафта. Барханные пески с белым и черным саксаулом, с песчаной осокой, злаком селин и глинистые участки с полынью, солянками – два ландшафта пустынь. В Подмосковье березовая роща, ельник и сосновый бор со своими почвами, своим микромиром и т. п. – это тоже три разных ландшафта.
Итак, нельзя не согласиться с тем, что на поверхности материков физико-географические условия значительно контрастнее и разнообразнее, чем в открытом море.
В те далекие времена, когда жизнь на земном шаре развивалась только в море, а суша была пустынна и мертва, особую роль сыграла… Луна.
Да, не будь у Земли этого спутника, эволюция жизни на Земле могла бы пойти иначе, и уж по крайней мере замедлилась бы. Не удивляйтесь, хоть это на первый взгляд и странно. Дело в том, что приливы и отливы в океанах и морях объясняются в первую очередь лунным притяжением. А что происходит при отливах? Обнажаются огромные участки морского дна, и вся живность, обычно обитающая в воде, оказывается на суше.
В приливо-отливной полосе жизнь готовилась к переходу из водной среды в сухопутную, проходила первую закалку.
Разумеется, это была очень жестокая закалка, и огромное количество животных при этом гибло. Но все-таки нашлись такие животные, которые привыкли к столь резкой смене условий. Так сложилась литоральная фауна, фауна, способная на некоторое время покидать водную среду. Сложилась и литоральная флора. Они-то и «выдвинули» из своих рядов пионеров заселения суши. Не будь Луны, граница между океаном и сушей была бы значительно стабильнее. Вот почему жизнь на Земле многим обязана нашему скромному спутнику Луне.
А можно ли сегодня увидеть пионеров заселения суши?
Во-первых, литоральная фауна и флора отнюдь не стали в видовом отношении беднее с тех пор, как пионеры перебрались из воды на сушу: всюду, где есть приливо-отливные колебания, есть и литоральная живность. Вообще, она богаче в умеренных и бореальных морях, где не такое обжигающее солнце, как в тропических.
Во-вторых, и сегодня можно увидеть водных животных, решительно штурмующих материки. Я имею в виду рыб, о которых, наверное, многие слышали, – илистых прыгунов, но мне хочется сейчас воспроизвести обстановку, в которой я сам познакомился с ними.
Будучи в Гвинее, мы однажды отправились в рыбацкую деревушку Канере. Для меня она имела особое значение – впервые мне предстояло увидеть мангровые ландшафты, сформировавшиеся в тропиках в приливо-отливной полосе. Мангровые ландшафты в принципе схожи повсюду в тропиках, и мне предстояло увидеть нечто типично тропическое, а это очень привлекало меня.
Улучив подходящую минуту, я вышел из деревни на берег океана.
Есть всего несколько видов деревьев, которые выдерживают систематическое погружение в океанскую воду. Это прежде всего разные виды ризофоры и авиценнии, причем ризофора обычно образует первый пояс растительности, а авиценния – второй.
Приблизившись к берегу, я увидел, что вовсю наступает прилив и низкие серые волны наползают на низкий илистый берег, заросший невысокими деревьями. Но внимание мое привлекают сначала не сами деревья, а сложное сплетение корней над грунтом и торчащие из ила остроконечные копья. Мангровые деревья живут в сложных условиях: дважды в сутки заливает их океан, волны и реки заносят илом, и, чтобы устоять под ударами волн, чтобы не задохнуться в илистом грунте, деревьям приходится принимать «меры предосторожности». К их числу и относятся, в частности, корни-подпорки ризофоры и прямостоящие дыхательные корни авиценнии. Если первые позволяют ризофоре прочно держаться на зыбком грунте, то вторые служат своеобразными дополнительными «легкими» авиценнии: без них дерево задохнулось бы, погибло.
Пользуясь тем, что океан еще не залил весь берег, я влезаю в мангровую чащу. Мне удается разыскать только что высунувшееся из ила, всего с тремя листиками, деревце ризофоры, видимо совсем недавно упавшее с ветки. Ризофора – дерево, так сказать, «живородящее», семена прорастают прямо на ветках, а затем падают, вонзаются в грунт острым корнем и тотчас начинают расти. Потом я нахожу раков-отшельников в длинных коричневых раковинах и, когда нагибаюсь за ними, с удивлением обнаруживаю, что какие-то маленькие странные серые существа, подобна кузнечикам, скачут у меня под ногами. Присматриваюсь – и вот уже вижу на уровне своей головы на корнях ризофоры рыбку с большими выпуклыми глазами, крепкими грудными плавниками-ножками, которая ловко схватывает насекомое.
«Так это же илистый прыгун!» – запоздало спохватываюсь я. Как же можно было забыть эту чудесную рыбку, живущую почти все время на деревьях и задыхающуюся в воде после двух-, трехчасового пребывания в ней?
«Но простите, – вправе остановить меня читатель. – Кто и что заселяет? Деревья – океан или рыбы – сушу?»
А я с удовольствием повторю фразу, которая давно уже могла примелькаться: вот как все сложно в биогеносфере! Действительно, появившиеся на суше деревья захватывают прибрежную зону океана, а возникшие в море рыбы выползают на сушу!
Но прообразом пионеров, заселивших сушу, является все-таки илистый прыгун, хотя в древнейшие времена первыми на сушу выползли беспозвоночные.
Выйдя на сушу, жизнь попала в неизмеримо более суровые и изменчивые условия и стала активно приспосабливаться к этим условиям, бороться за существование. Тут уж не было места «изнеженным», «избалованным»– выживали сильнейшие, и эволюция жизни на Земле пошла значительно быстрее.
Развитие жизни обычно изображают в виде генеалогического древа, на котором от одного ствола тянутся вверх и в стороны ветви, обозначающие классы, семейства, роды животных. Низко расположенные «ветви» этого «древа» соответствуют низшим ступеням развития жизни, высоко расположенные – высшим.
Так вот это «древо» можно разрезать примерно пополам, и нижняя часть тогда будет соответствовать морскому этапу в развитии жизни, а верхняя – ландшафтному. Все типы животных, вплоть до хордовых, возникли в море, но все высокоорганизованные, все самые сложные живые организмы, абсолютно все млекопитающие появились на суше. Многие ихтиологи, специалисты по рыбам, утверждают, что и рыбы возникли в водоемах суши, а потом уж заселили море. Пусть это спорно, но видите, какое большое значение придается в науке ландшафтному этапу развития жизни!
В борьбе за существование на суше, приспосабливаясь к суровым условиям, бесследно погибли сотни тысяч видов, но зато в конце концов возникли разумные, мыслящие существа, и они победили, потому что разум оказался наиболее действенным, могучим орудием в борьбе с природой.
Наши далекие предки, перволюди, появились около миллиона лет назад, в самом начале четвертичного периода – его даже теперь предпочитают называть «антропоген», то есть геологический период, в который возник человек. Период этот продолжается до сих пор. Но, по данным географии и геологии, природные условия на Земле никогда не были так разнообразны, как в четвертичный период. Совпадение это, разумеется, не случайное.
Теперь на поставленный в самом начале этого раздела вопрос мы с вами можем окончательно ответить: в пределах биогеносферы высшие формы жизни, мыслящие существа, возникли в ландшафтном природном комплексе – тонком слое, выстилающем поверхность материков, архипелагов и даже отдельных маленьких островков. Ландшафтный комплекс – родина мыслящих существ. И до сих пор он является местом самого напряженного проявления жизненных сил нашей планеты, местом бурной жизнедеятельности.
Закрытая книга
Знакомясь с общими проблемами физической географии, мы с вами не раз обращались к истории, к отдаленным периодам в развитии нашей планеты, биогеносферы. Но откуда ученые берут сведения о давно минувших временах?..
Достают из-под земли.
Между прочим, это совершенно точно. Из земли или из-под земли, но так или иначе до них приходится докапываться в буквальном смысле слова. Есть у нас на планете такая «закрытая книга» с плотно слежавшимися страницами. Очень неудобно читать ее, потому что нельзя перевернуть страницы, но все-таки кое-что рассмотреть удается.
«Книга» эта лежит у нас под ногами и скрыта ландшафтным природным комплексом. Только уголкам отдельных ее страниц удается высунуться на свет божий. Их и читают в первую очередь.
Но давайте сначала разберемся, что это такое с природной точки зрения.
Мы уже знаем, что почти вся жизнь, почти все солнечное тепло сконцентрированы у поверхности материков до глубины нескольких десятков метров.
А что находится глубже?.. Ниже лежит эта самая «закрытая книга», называемая литосферным комплексом или стратисферой. Мы уже говорили, что она простирается на 5–6 километров вниз, где и кончается биогеносфера. Что же представляет собой эта, еще не описанная нами часть биогеносферы?
Если для океана характерно, что он прежде всего «состоит» из воды, то для литосферного комплекса характерно, что он прежде всего сложен горными породами, к которым присоединяются вода, бактерии, а в крупных полостях воздух (в других местах газы) и даже животные и растения, хотя их значение для литосферного комплекса невелико. Сложен весь литосферный комплекс преимущественно осадочными породами, то есть в первую очередь глинами и глинистыми сланцами, песчаниками, конгломератами, известняками и т. п., но есть также изверженные и метаморфические породы (андезиты, базальты, липариты, кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы, кварциты и т. п.).
В количественном отношении по объему среди осадочных пород заметно преобладают глины и глинистые сланцы, затем идут песчаники и известняки. Средний удельный вес горных пород литосферного комплекса 2,5. Давление и температура в пределах его еще таковы, что не вызывают значительных изменений в горных породах, их метаморфизации (метаморфизованные породы поступают в литосферный комплекс из более глубоких слоев земного шара).
Ранее считалось, что только верхние горизонты литосферного комплекса (до глубины 500–700 метров) расчленены густой сетью трещин, по которым проникают воздух и вода. Глубокое бурение заставило в корне пересмотреть эти представления: литосферный комплекс оказался природным явлением гораздо более сложным, чем думали еще 15–20 лет назад. Например, в Австралии при бурении на глубине около 3000 метров было открыто гигантское пресное «море». В Казахстане обнаружены подземные «моря», соразмерные с Аральским морем. Колоссальный водный бассейн находится под Западно-Сибирской низменностью. Даже одна из самых грозных пустынь мира – Сахара – как оштукатуренный сухой штукатуркой потолок висит над грандиозным водным бассейном.
Эти, казалось бы, сугубо практические открытия (воду, как вы понимаете, ищут в пустынях не с научной целью) позволяют нам уже серьезно поставить вопрос о вероятном сложном влиянии литосферного комплекса на ландшафтный и даже на процессы, происходящие в атмосфере.
Когда советский лайнер ИЛ-18 вылетает на Родину из столицы Республики Мали Бамако, он сначала летит на северо-восток, пролетает над древним африканским городом Тимбукту, затем поворачивает на северо-запад и берет курс на соляные копи Таудени, на столицу Марокко город Рабат. Самолет вылезает утром, и пассажирам его предоставляется полная возможность любоваться Сахарой.
С воздуха Сахара кажется безжизненной, хотя там есть своя, не слишком богатая жизнь. В памяти остаются красно-оранжевые полосы песка, разделенные черными ребристыми грядами скал.
…Однажды отряд французской кавалерии шел по малоисследованному району Сахары, которая в то время входила в состав колониальной французской империи. Неторопливо, почти торжественно вышагивали верблюды, на которых восседали утомленные зноем и однообразием кавалеристы; изо дня в день – одно и то же: то каменистая пустыня гаммада, то пески, то снова гаммада. Местность вдруг стала пересеченней и разнообразней, чем раньше: выше скалы, глубже ущелья. И в одном из ущелий французы с удивлением обнаружили многочисленные наскальные рисунки – фрески.
Вторая мировая война задержала их изучение, и лишь сравнительно недавно они были тщательно осмотрены, скопированы и систематизированы.
Теперь эти фрески известны как фрески Тассили – по названию долины, в которой нашли наиболее интересные из них.
Когда французская экспедиция исследовала долину Тассили, ей с трудом удалось найти рабочих: людей почти нет в окрестностях ущелья. Воду приходилось привозить издалека, и ученые экономили на каждой капле.
Экономили на каждой капле, а копировали… многовесельные лодки, плывущие по полноводным сахарским рекам, копировали бегемотов и крокодилов, огромные стада антилоп на пастбищах, колесницы, черных и белых людей в странных нарядах, стройных красивых женщин, – иначе говоря, ученые перечерчивали и копировали следы полнокровной буйной жизни, которой некогда жила Сахара. «Некогда» не означает бог весть когда, а всего 6000 лет назад, но это уже историческая эпоха.
Позднее, когда ученые тщательно изучили фрески Тассили, они обнаружили, что фрески создавались, так сказать, не в один прием, а в два: резкое ухудшение климата заставило племена художников уйти из Тассили. Прошло много веков, прежде чем они – возможно, это были другие племена – вернулись и создали вторую серию рисунков.
Но что «заставило» Сахару дважды зазеленеть на глазах у человека и дважды высохнуть, превратиться в одну из самых страшных пустынь мира?
Много разных гипотез предлагали ученые, но все они сводились к тому, что на земном шаре коренным образом изменялись природные условия. Чаще всего считали, что великое, оледенение, ледники, надвигавшиеся с севера на Европу, сделали климат Сахары прохладнее и влажнее, и тогда Сахара зазеленела… Не будем оспаривать этих предположений. Так вполне могло быть, но ведь нас-то интересует совсем небольшой в геологическом смысле отрезок времени, целиком приходящийся на послеледниковую эпоху.
А в послеледниковую эпоху воздух над Сахарой, например, всегда был сух: экваториальный воздух над Сахарой опускается, нагревается, и дожди не выпадают (механизм этой общей циркуляции объяснен в главе «Если солнце село в тучу…»).
В чем же дело?
Единственное правдоподобное объяснение, которое нахожу я, сводится к влиянию на судьбы Сахары литосферного природного комплекса. Стоит только предположить, что уровень подсахарских водоемов испытывает колебания, пульсацию, как тотчас все становится на свое место. Поднялся уровень подземного бассейна – в Сахаре появились озера, возникли реки, зазеленели леса, приползли с юга крокодилы, пришли бегемоты, наконец, человек устремился на новую обетованную землю.
Мне посчастливилось увидеть весь Нил от устья в городе Александрия до истока из озера Укереве, или Виктория, у городка Джинджа в Уганде. Как всякая гигантская река, Нил необъятен, впечатления от него – грандиозны, но после трех путешествий вдоль Нила я могу определенно назвать самое яркое впечатление. Как ни странно, это обилие желтых сухих русел, «впадающих» в Нил на территории Египта. Между тем ни одного ручья, ни одной речонки в современный Нил на территории Египта не впадает.
Значит, наступило время, когда уровень подземного «моря» понизился. И тогда пересохли реки, символически до сих пор «впадающие» в Нил. И тогда погибли или ушли на берега Нила бесчисленные крокодилы и бегемоты. Древнеегипетские фрески живописуют яростную борьбу между крокодилами и бегемотами, а в нынешнем Египте не осталось ни тех ни других; увидеть это зверье можно лишь в верховьях Нила, в Уганде; там их много, но все-таки не столько, чтобы они бросались друг на друга – и бегемоты, и крокодилы мирно уживаются, что я наблюдал собственными глазами. Значит, древнеегипетские художники запечатлели на своих фресках момент перенаселения Нила животными. Человек тоже ушел из пустыни к Нилу, и тогда постепенно возникло египетское государство. Так, во всяком случае, мы вправе предположить.
Только что сказанное мною еще не может претендовать на достоверный научный факт: подземные «моря» открыты недавно, и гидрологический режим их не изучен.
Но если колеблется уровень океана, если поднимаются и опускаются материки, если вообще все в мире изменяется, как учит нас диалектика, то кто возьмется утверждать, что лишь уровень подземных «морей» неизменен и потому не оказывает влияния на ландшафтный комплекс? Это было бы, во всяком случае, скорее оригинальное, чем разумное утверждение.
Вернемся теперь к другим природным особенностям литосферного комплекса.
Трещины, рассекающие литосферный комплекс снизу вверх, действительно более многочисленны в верхних горизонтах, чем в нижних. Любопытно, что человек опускался уже (без батисфер и батискафов!) на 1145 метров ниже уровня твердой земной поверхности (до последнего времени это был своеобразный спелеологический рекорд; спуск происходил во Франции, в пещере Берже, на известняковом плато Сорнен).
Наряду с гравитационной водой, то есть такой водой, которая способна передвигаться по трещинам под влиянием силы тяжести, в стратисфере немалая роль принадлежит капиллярной и пленочной воде, обволакивающей тончайшие трещины. Слой капиллярной (ее еще называют гигроскопической) воды состоит всего из одного ряда молекул; никакие гравитационные силы не могут оторвать эту воду от горных пород, она не стекает вниз, потому что удерживается с силой от 6000 до 25 000 атмосфер на квадратный сантиметр! Испариться она может только при температуре в несколько сот градусов. Пленочная вода удерживается на поверхности пород с меньшей силой, испаряется при обычных температурах и, не подчиняясь силе тяжести, может очень медленно передвигаться от более толстого слоя к более тонкому. Кроме того, в пределах стратисферы всегда есть водяной пар, образующий подземную атмосферу, причем в процентном отношении он способен вытеснить почти полностью все другие газы.
Бактерии проникают в толщу стратисферы по трещинам, пустотам вместе с подземными водами. Недавно ученые обнаружили целую группу бактерий, живущих в нефти; это так называемые пурпурные бактерии. Но живые организмы нигде в пределах стратисферы не образуют густых поселений.
Вернемся теперь к тому, с чего начали. Важнейшая особенность литосферного комплекса заключается в том, что в нем как бы запечатлена история биогеносферы. Осадочные породы постепенно скапливались на дне морей и океанов, вместе с ними падали на дно остатки животных и растений, и теперь каждый пласт, слагающий стратисферу, хранит в себе следы тех условий, в которых он образовался. Нужно только разобраться в этих следах и суметь восстановить по ним картины далекого прошлого. Этим и занимается раздел физической географии, который называется палеогеография. А в основе комплексного районирования стратисферы лежит представление о геологических фациях, которые отличаются друг от друга не только по происхождению и минеральному составу, но и по составу вымершей флоры и фауны.
