§ 61. Из чего состоит географическая оболочка

§ 61. Из чего состоит географическая оболочка

Вы узнаете

•Что такое географическая оболочка.

•Почему выделяют географическую оболочку.

Вспомните

•Что такое круговорот веществ в природе?

•С круговоротами каких веществ вы знакомы?

Обратитесь к электронному приложению Что такое географическая оболочка. Вы познакомились с четырьмя оболочками Земли. Каждая оболочка состоит из определённых веществ. Атмосфера — из газов, гидросфера — из воды, литосфера — из горных пород, биосфера — из живого вещества. Каждую из них вы изучали отдельно, потому что так проще познавать устройство нашей планеты. Но в природе оболочки существуют не обособленно, а взаимодействуют друг с другом.

Земные оболочки взаимно проникают друг в друга и обмениваются веществами. В воздухе и воде, например, содержатся твёрдые частицы, попадающие в атмосферу и гидросферу при извержении вулканов или захватываемые с земной поверхности ветрами и водами. В литосфере, в свою очередь, присутствуют воздух и вода. Перемещаясь из одной оболочки в другую, вещества в конечном итоге возвращаются в исходную оболочку. Так в природе возникают разнообразные круговороты веществ.

Земные оболочки влияют друг на друга. Например, ветры, возникающие в атмосфере, образуют морские течения, переносят влагу из одних районов в другие. Тёплые и холодные течения влияют на температуру воздуха. Под воздействием вод гидросферы растворяются и разрушаются горные породы, изменяется рельеф. Разные минеральные вещества входят в состав живых организмов, населяющих оболочки Земли. Когда организмы отмирают, из их остатков образуются осадочные горные породы земной коры.

Таким образом, между оболочками Земли существует множество разнообразных видимых и невидимых связей. Эти связи как прочные нити соединяют отдельные оболочки в единое целое — географическую оболочку.

Географическая оболочка — особая оболочка Земли, в которой соприкасаются и взаимодействуют литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера.

Границы географической оболочки. Некоторые оболочки входят в географическую оболочку целиком (гидросфера и биосфера), другие — лишь частично. Так, в географическую оболочку включают не всю литосферу, а только её верхнюю часть, у атмосферы, напротив, только её нижние слои.

Точные границы географической оболочки определить трудно. Верхнюю обычно проводят на высоте 20—25 км. Здесь расположен слой озона, который предохраняет живые организмы от губительного для них излучения солнца. Сложнее определить нижнюю границу. В географическую оболочку включают верхнюю часть литосферы. Но до какой глубины? Если считать, что важнейший признак географической оболочки — наличие жизни, то нижняя граница проходит в слоях литосферы на глубине 5 км, где в нефтяных пластах обнаружены живые бактерии. Возможно, с ростом человеческих знаний о Земле нижняя граница будет проводиться глубже. Таким образом, средняя толщина географической оболочки — около 40 км. Сравните её с размерами Земли, и вы убедитесь, что она очень тонка.

Вопросы и задания

1.В чём проявляется взаимодействие земных оболочек друг с другом?

2.Как происходит круговорот воды в природе? Связывает ли он земные оболочки между собой?

3.Как участвуют в круговороте веществ живые организмы?

4.Дайте определение понятия «географическая оболочка».

5.Где проводят верхнюю и нижнюю границы географической оболочки? Неизменны ли эти границы?

Географическая оболочка

Географическая оболочка – самый крупный  природный комплекс

Географическая оболочка — это комплексная оболочка земного шара, где соприкасаются и взаимно друг в друга проникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера. Географическая оболочка в своих границах почти совпадает с биосферой.

Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой, водной, живой и минеральных оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. В ней происходит непрерывный круговорот и обмен веществ и энергии. Каждая оболочка Земли, развиваясь по собственным законам, испытывает на себе влияние других оболочек и в свою очередь оказывает на них свое воздействие.

Влияние биосферы на атмосферу связано с фотосинтезом, в результате которого происходит интенсивный газообмен между ними и регулирование газов в атмосфере. Растения поглощают из атмосферы углекислый газ и выделяют в нее кислород, необходимый для дыхания всем живым существам. Благодаря атмосфере поверхность Земли не перегревается днем солнечными лучами и не слишком остывает ночью, что создает условия для существования живых особей. Биосфера влияет и на гидросферу, так как организмы оказывают существенное влияние на соленость Мирового океана. Они забирают из воды необходимые им вещества, особенно кальций, для построения скелетов, раковин, панцирей. Гидросфера для многих существ — среда существования, а вода крайне необходима для многих процессов жизнедеятельности растений и животных. Воздействие организмов на земную кору особенно заметно в верхней ее части. В ней накапливаются остатки погибших растений и животных, образуются горные породы органического происхождения. Организмы участвуют не только в образовании горных пород, но и в разрушении их — в выветривании: Они выделяют кислоты, воздействующие на горные породы, разрушают их корнями, проникающими в трещины. Плотные, твердые породы превращаются в рыхлые осадочные (гравий, галька).

Подготавливаются условия для образования почв. В литосфере появились горные породы, которые стали использоваться человеком. Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Если хозяйственная деятельность человека не учитывает его, то она часто приводит к нежелательным последствиям.

Изменение одной из оболочек географической оболочки отражается и на всех других. Примером может служить эпоха великого оледенения в четвертичный период.

Увеличение поверхности суши привело к наступлению более холодного и сухого климата, что повлекло за собой образование толщи снега и льда, покрывшего огромные площади на севере Евразии и Северной Америки, а это в свою очередь привело к изменению растительного и животного мира и к изменению почв.

Современная географическая оболочка — результат ее длительного развития, в процессе которого она непрерывно усложнялась. Ученые выделяют 3 этапа ее развития.

I этап продолжался 3 млрд. лет и назывался добиогенным. Во время его существовали только простейшие организмы. Они принимали слабое участие в ее развитии и формировании. Атмосфера в этот этап отличалась низким содержанием свободного кислорода и высоким — углекислого газа.

II этап продолжался около 570 млн. лет. Он характеризовался ведущей ролью живых существ в развитии и формировании географической оболочки. Живые существа оказывали огромное влияние на все ее компоненты. Происходило накопление горных пород органического происхождения, изменился состав воды и атмосферы, где повысилось содержание кислорода, так как происходил фотосинтез у зеленых растений, уменьшилось содержание углекислого газа. В конце этого этапа появился человек.

III этап — современный. Он начался 40 тыс. лет назад и характеризуется тем, что человек начинает активно влиять на разные части географической оболочки. Поэтому именно от человека зависит, будет ли она существовать вообще, так как человек на Земле не может жить и развиваться изолированно от нее.

Кроме целостности, к общим закономерностям географической оболочки относят ее ритмичность, то есть периодичность и повторяемость одних и тех же явлений, и географическую зональность.

Географическая зональность проявляется в определенной смене природных комплексов от полюсов к экватору. В основе зональности лежит различное поступление на земную поверхность тепла, света, осадков, а они уже отражаются на всех остальных компонентах, и прежде всего почвах, растительности и животном мире.

Зональность бывает вертикальная и широтная.

Вертикальная зональность — закономерное изменение природных комплексов как в высоту, так и в глубину. Для гор основной причиной этой зональности служит изменение температуры и количества влаги с высотой, а для глубин океана — тепла и солнечного света. Понятие «вертикальная зональность» значительно шире, чем «высотная поясность», которая справедлива лишь применительно к суше. В широтной зональности выделяют наиболее крупное подразделение географической оболочки — географический пояс. Он характеризуется общностью температурных условий. Следующая ступень деления географической оболочки — географическая зона. Она выделяется в пределах географического пояса уже не только общностью температурных условий, но и увлажнением, что приводит к общности растительности, почв и животного мира. В пределах географических зон (или природных зон) выделяют переходные области. Они формируются вследствие постепенного изменения климатических условий. К таким переходным зонам могут относиться лесотундра, лесостепи и полупустыни.

На Земле существует несколько географических (природных) зон: зона арктических пустынь, тундра, лесная зона умеренного климатического пояса, степи, пустыни, влажные и сухие субтропики, саванны, влажные вечнозеленые экваториальные леса.

Первые научные идеи о распределении растительного и животного мира в зависимости от климата принадлежали А.Гумбольдту. Он установил, что между ними существует тесная связь и климатические зоны являются зонами растительности и животного мира.

Деление земной поверхности на географические (природные) зоны было предложено В.В.Докучаевым.

Общая циркуляция атмосферы

Географическая оболочка 6 класс

Каменная, водная, воздушная и биологическая оболочки Земли называются геосферами. Они взаимно проникают друг в друга, образуя особую оболочку — географическую.

Что такое географическая оболочка?

Нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера взаимодействуют друг с другом, обмениваясь веществом и энергией. Результатом является особое по свойствам образование — географическая оболочка. Она состоит из газов атмосферы, жидких веществ гидросферы, твёрдых веществ литосферы, живого вещества биосферы и охватывает всю земную поверхность.

Верхней границей географической оболочки служит «озоновый экран». Нижнюю границу на суше проводят на глубине нескольких километров, где ещё встречаются живые бактерии. В океанах нижняя граница проходит по океаническому дну. Таким образом, общая мощность географической оболочки составляет 30-40 километров.

Формирование географической оболочки

Географическая оболочка формировалась на Земле постепенно. Ученые выделяют три этапа в её развитии: добиогенный (геологический), биогенный (появление скелетных организмов), антропогенный (появление человека на Земле).

На первом этапе развития географической оболочки сформировались материки и впадины океанов, а около 2 миллиардов лет назад появились многоклеточные организмы. На втором этапе происходило формирование современной водной и воздушной оболочек, «озонового экрана» и почвенного покрова, быстрыми темпами шло развитие жизни. Третий этап определяется появлением человека на Земле и характеризуется постоянно растущим воздействием его на окружающую среду.

Свойства географической оболочки

Географическая оболочка обладает несколькими присущими только ей свойствами: целостностью, зональностью и ритмичностью.

Целостность — единство всех составляющих географической оболочки — достигается
за счёт круговорота веществ и энергии. Определяющее правило целостности звучит так: «Изменение одной из сфер географической оболочки приводит к изменению других сфер».

Зональность — изменение географической оболочки по направлению от экватора к полюсам, обусловленное неодинаковым количеством тепла, поступающего на разные широты. С этим связана и изменчивость других природных показателей. Широтной зональности подчинены все компоненты природы (воздух, воды суши и океана, почвы, растения и животные).

В горах из-за понижения температуры природные условия изменяются от подножья к вершине. Смена природных компонентов, происходящая от подножья к вершине, называется высотной поясностью.

Ритмичность — повторяемость во времени природных процессов и явлений. Ритмичность свойственна как живым (биогенным), так и неживым (абиогенным) компонентам географической оболочки. В природе существуют ритмы различной продолжительности: суточные, годовые, вековые и др. В суточный ритм Земли входят такие процессы, как смена дня и ночи, суточные изменения температуры воздуха и направления бризов, сон и бодрствование у животных, фотосинтез и дыхание у растений. В годовой ритм — смена сезонов года, сезонные изменения температуры воздуха и направления муссонов, сезонные изменения в жизни растений и животных.

Строение географической оболочки

понятие и модель эволюции – тема научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ГЕОГРАФИЯ

УДК 911.2 Н. Н. Верзилин

ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА:

ПОНЯТИЕ И МОДЕЛЬ ЭВОЛЮЦИИ

В 2002 г. в журнале «Вестник Санкт-Петербургского университета» была опубликована большая статья Президента Русского географического общества, заведующего кафедрой физической и эволюционной географии СПбГУ проф. Ю. П. Селиверстова «Новые рубежи и проблемы землеведения» [1]. Этот очень содержательный научный труд посвящен критическому рассмотрению широкого спектра важнейших научных открытий XX в., имеющих первостепенное значение для географической науки, и представляет программу ее дальнейшего развития в XXI в. Его автор отмечает, что за последние 50 лет появились принципиально новые данные, свидетельствующие об иных, чем ранее предполагалось, основных положениях наук о Земле. Он приводит и комментирует важнейшие из них и обосновывает вывод, что они требуют корректировки основных положений землеведения, прежде всего состояния и деятельности отдельных сфер, их взаимодействия и взаимообусловленности, а также проблем эволюции географической оболочки. Новые сведения, относящиеся к наукам о Земле, по мнению Ю. П. Селиверстова, в значительной мере должны изменить основы нашего мировоззрения, особенно в отношении оценки роли живого вещества в истории Земли. Автор настоящей статьи полностью согласен с последним заключением, что и явилось одной из причин ее появления. Конечно, когда говорится о значении живого вещества в истории Земли, прежде всего имеется в виду определяющее влияние его функционирования на эволюцию географической оболочки.

На важность познания эволюции географической оболочки для развития географической науки Ю. П. Селиверстов обращал внимание неоднократно [1-3]. Он разработал и читал для студентов факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета оригинальный курс «Эволюция географической оболочки». При рассмотрении эволюции географической оболочки Ю. П. Селиверстов стремился не только дать свое видение проблемы, но и заострить внимание на разных существующих представлениях и подходах к трактовке тех или иных ее сторон. Это нашло яркое отражение в учебниках по землеведению, вышедших на рубеже XX и XXI вв. [2, 3]. Так, в предисловии к «Общему землеведению» [2] указывается, что часть введенного в учебник материала носит проблемно-полемический характер, отражая соответствующее состояние информации. Иногда это стремление — учесть все новейшее и отразить главные, подчас несовместимые представления, гипотезы — приводило к неоднозначности заключений. Но это, очевидно, неизбежный результат попытки учесть все новейшие сведения, факты, гипотезы, имеющие отношение к

© Н. Н. Верзилин. 2005

такой всеобъемлющей и еще слабо разработанной проблеме, как эволюция географической оболочки.

Современные представления о содержании понятия «географическая оболочка». Приведем некоторые комментарии в связи с принятыми в наше время трактовками содержания и объема географической оболочки. В наиболее поздней работе [3] указывается: «Мы считаем, что оптимальными границами географической оболочки являются верхняя граница озонового слоя и подошва земной коры, в пределах которых находятся основная часть атмосферы, вся гидросфера и верхний слой литосферы с живущими или жившими в них организмами и следами человеческой деятельности» [3, с. 69]. При этом в [2] подчеркивается, что «все указанные компоненты географической оболочки в той или иной степени взаимодействуют или взаимодействовали в прошлом с живым веществом и несут в себе влияние биологической активности» (с. 101).

Обоснование отнесения всей земной коры к географической оболочке приводится в работе [1]. Из нее следует, что Ю. П. СеливерСтов отождествлял нижнюю границу географической оболочки с контактом слагающего ее материала, возникшего за счет собственных сил Земли, с первичным веществом планеты. Согласно его представлениям, этот контакт в современных глубинах земной коры фиксируется по резкому изменению физических свойств пород, отражающихся в смене скоростей и направлений сейсмических продольных и поперечных волн, который известен как уровень поверхности Мохоровичича, или Мохо. Ю. П. Селиверстов утверждал, что весь вышераспо-ложенный объем планеты возник и продолжает формироваться за счет собственных сил Земли, под воздействием и определенным участием окружающего пространства. Верхняя граница географической оболочки, по его мнению, менее отчетлива, и ее наиболее часто совмещают с уровнем повышенной концентрации озона, так называемым озоновым экраном планеты, являющимся одним из своеобразных фильтров на пути космического излучения к поверхности Земли.

Конечно, если к оценке положения нижней границы географической оболочки подходить с историко-генетических позиций, то к этой оболочке можно отнести всю земную кору. Но и при таком подходе включение в нее базальтового слоя не представляется достаточно аргументированным. Скорее, сохранившиеся геологические образования, начавшие формироваться одновременно с возникновением функционирования географической оболочки, слагают лишь верхнюю часть континентальной земной коры — гранитно-метаморфическую, или сиаличе-скую, оболочку. Как обосновывал ранее В. М. Синицын в книге «Сиаль. Историко-генетические аспекты» [4], по существу все вещество этой оболочки прошло через ландшафтную сферу и неоднократно было переработано в ней. Сиаль является как бы гигантской корой выветривания Земли, сформированной в континентальную стадию развития регионов планеты. В. М. Синицын полагал, что ландшафтная сфера, наряду с астеносферой, есть геологически активный уровнь Земли, формирующий ее кору. Если астеносфера питает кору вулканическим материалом, то ландшафтная сфера производит его преобразование в осадочные породы, более активные в геологическом и геохимическом отношении [4]. В связи с вышеотмеченным следует напомнить, что во время написания книги В. М. Синицыным [4] обычно было принято понятия «ландшафтная оболочка Земли» и «географическая оболочка» понимать как синонимы [5].

Вместе с упомянутым широким пониманием географической оболочки, авторами книги [2] указывается: «Поскольку биота распространена во всей географической оболочке, понятия биосфера и географическая оболочка становятся идентичными. Подчеркнем, что географическая оболочка, или глобальная геосфера, состоит из неразрывного комплекса частных геосфер, совместно функционирующих в присутствии биоты, и это определяет специфические черты и особенности географической оболочки как единого целого. В общем землеведении географическая ооолочка включает в себя все живые организмы (каждая частная сфера имеет свою биоту, и она является ее неразрывным компонентом), поэтому самостоятельное выделение биосферы вряд ли необходимо. В биологии, напротив, выделение биосферы правомерно» (с. 101). Однако, по нашему мнению, утверждение об идентичности биосферы и географической оболочки не согласуется с принятыми авторами [2] оптимальными границами географической оболочки. Жизнь чрезвычайно удалена от подошвы земной коры. Нельзя соответственно согласиться и с мнением о нецелесообразности самостоятельного выделения биосферы. Если мы признаем биосферу как реально существующую специфическую оболочку, населенную жизнью, а не как «совокупность живых организмов в определенной среде обитания» [2, с. 101], то она должна выделяться и при геологических, и при географических, и при иных построениях, а не только биологами.

Приведенные материалы дополним выдержкой из введения учебника «Общее землеведение»: «Предметом курса общего землеведения…является географическая оболочка нашей планеты, т.е. вся газовая, водная и каменная окружающая нас среда (выделено нами. — Н. В.), где происходят разнообразные процессы и явления и функционируют живые организмы. Иначе говоря, географическая оболочка Земли — это часть Космоса, которая находится под властью земных сил и развивается в процессе сложного космически-планетарного взаимодействия» [2, с. 7]. Опять отмечается как характерная черта географической оболочки функционирование живых организмов. Существенно также, что под такой оболочкой понимается «окружающая нас среда». Обе эти черты вызывают сомнение в правомочности проведения нижней границы географической ооолочки по подошве земной коры.

Еще более определенно значение организмов для функционирования географической оболочки было подчеркнуто Ю. П. Селиверстовым в [1]. Он указывал, что поскольку вся географическая оболочка е настоящее время и известная ее часть в прошлом всегда развивались в присутствии и при участии живого вещества, постольку она является результатом совместной деятельности неживой и живой природы, биокосной системой глобальной орга-

низации пространства. В этом плане, по его мнению, она совпадает с понятием «биосфера», но не как объединение сообществ, живущих или ранее живших живых существ, а как среда их обитания совместно с живущими организмами, т.е. как географическое пространство. Далее Ю. П. Селиверстов делает программное заключение о том, что выводы В. И. Вернадского о геохимической или геологической роли биосферы в развитии Земли — одновременно и положения об особенностях эволюции гео!рафической оболочки, а потому необходимо тщательно исследовать наследие этого выдающегося ученого и включить в теорию землеведения основные положения его учения о биосфере [2, с. 36, 37].

Мы полностью разделяем такие представления. Однако как это высказывание, так и ранее приведенные определения и суждения относятся по существу лишь к современной географической оболочке. Но ведь географическая оболочка и биосфера прошли длительную эволюцию, в процессе которой существенно менялись сами, что сопровождалось и изменениями соотношений между ними. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению вероятной эволюции географической оболочки, остановимся на вопросе о содержании понятий «географическая оболочка» и «биосфера» вообще (вне времени), а не только современных, и на соотношении их между собой.

Представляется, что отмечавшаяся выше близость или даже идентичность понятий «географическая оболочка» и «биосфера» не случайны, если географическую оболочку сопоставлять с современной биосферой, т.е. рассматривать проблему с позиций, принятых в общем землеведении. Несомненно, сейчас жизнь распространена чрезвычайно широко — на поверхности Земли нет стерильных от жизни обстановок. Считать, что границы географической оболочки могут быть уже, чем распространения жизни, конечно нельзя. Ведь все проявления жизни прямо или косвенно связаны с поверхностью Земли, с существованием разнообразных экзогенных процессов. В то же время они сами преобразуют эти процессы, что проявляется и в трансформации климатических типов литогенеза с ходом эволюции биосферы.

Граница географической оболочки в литосфере в любой этап ее существования, очевидно, должна примерно совпадать с границей проявления экзогенных процессов. Вряд ли ее целесообразно проводить по нижней границе земной коры или даже стратисферы. Конечно, основные составляющие последней, а по некоторым представлениям, и всей земной коры возникли вследствие функционирования географической оболочки. Однако, если подходить к проблеме с позиций функционирования географической оболочки, то ясно, что резко преобладающая часть земной коры даже в масштабе геологического времени уже очень давно вышла из сферы воздействия поверхностных (экзогенных) процессов. Таким образом, при функциональном подходе нижнюю границу географической оболочки следует проводить в литосфере по границе проявления экзогенных процессов, т.е. по подошве зоны гипергенеза, как было принято многими исследователями, в том числе С. В. Калесни-ком [5].

В связи с рассматриваемой проблемой приведем мнение геологов и палеогеографов В. И. Славина и Н. А. Ясаманова о содержании понятия «географическая оболочка» и отношении палеогеографии к объекту, ему отвечающему. В своей книге «Методы палеогеографических исследований» они писали, что объект изучения физической географии охватывает все пространство, непосредственно связанное с земной поверхностью, вследствие чего «географическая оболочка — это сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходит соприкосновение и взаимопроникновение четырех внешних оболочек Земли: атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы, точнее только той части последней, в пределах которой с веществом земной коры взаимодействуют атмосфера, гидросфера и биосфера. Все объекты изучения палеогеографии, все интересы этой науки, таким образом, сосредоточены на географической оболочке минувших лет» [6, с. 8]. Рисунок 1 иллюстрирует эти представления.

fue. i. Схема строения географической оболочки [6].

1 — земная кора. 2 — гидросфера, 3 — биосфера, 4 — атмосфера, 5 — географическая оболочка.

Целесообразно присоединиться к мнению исследователей, проводящих верхнюю границу географической оболочки по тропопаузе (верхней границе тропосферы), а не внутри или выше озонового слоя. Данная граница представляется более обоснованной. Во-первых, это будет примерно соответствовать физическому пределу распространения жизни в биосфере современной структуры. Во-вторых, привязка границы к озоновому слою приводит к неопределенности ее для этапов геологической истории, когда этого слоя не было. Соответственно при рассмотрении эволюции географической оболочки возникнут определенные трудности, так как на протяжении резко преобладающей по продолжительности части ее существования озоновый слой, вероятно, отсутствовал. Напротив, можно считать, что верхней границей биосферь! во время существования озонового слоя была его нижняя часть, а до его возникновения — граница проникновения в водоемы смертоносных жестких ультрафиолетовых лучей (глубина около 10 м) [7].

К географической оболочке, независимо от этапа ее существования, следует всегда относить часть атмосферы, в которой происходят круговорот воды, интенсивное перемещение воздушных масс, содержится основная масса атмосферы, формируются погодные условия, проявляется зональность распределения тепла и влаги, т.е. тропосферу. Именно в ней идут процессы, определяющие возникновение и функционирование климатических типов литогенеза, обусловивших формирование всей стратисферы.

Таким образом, в функциональном смысле (т.е. в любой момент ее длительного существования, а не как вещественный итог такого существования) географическая оболочка -сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходят интенсивные взаимодействия минеральной, водной и газовой сред, а после возникновения биосферы — и живого вещества под воздействием космических явлений, прежде всего солнечной энергии. Биосфера — часть этой оболочки, населенная организмами. Потому можно дать следующее ее краткое определение: биосфера — сложная внешняя оболочка Земли, населенная организмами. (Если географическая оболочка вся населена организмами, она совпадает с биосферой.)

Соответственно, в принятом понимании, географическая оболочка существовала на Земле всегда. Биосфера же — понятие естественноисторическое, она возникла на некоторой стадии развития географической оболочки. Структура, планетарная роль биосферы сущеет-

венно менялись с ходом геологического времени. В конечном итоге пространственное распространение ее в общем совпало с географической оболочкой. Биосфера, как и географическая оболочка, — производное (детище) Земли и Космоса, но интенсивно эволюционирующее вследствие коэволюции живого и минерального миров. Потому прямо или косвенно живое вещество всегда определяло и определяет в настоящее время многие существенные особенности географической оболочки.

Роль фотосинтетического кислорода в эволюции географической оболочки. При выявлении вероятных основных причин коэволюции географической оболочки и биосферы первостепенное значение имеет оценка влияния на нее увеличения содержания фотосинтетического кислорода. До последнего времени господствовали представления, что такой кислород был практически единственным источником свободного кислорода на Земле [7-14 и др.]. Более того, исходя из таких представлений и имевшихся данных о величине захороненного в осадочных породах разного геологического возраста стратисферы органического вещества (или Сорг), производились реконструкции изменения содержания свободного кислорода в атмосфере Земли на протяжении фанерозоя [8-10, 15 и др.].

Ю. П. Селиверстов сомневался в справедливости указанных представлений [1-3]. Такое сомнение, с одной стороны, обосновывалось ссылками на сведения о том, что удельный вес кислорода атмосферного воздуха оказался больше удельного веса фотосинтетического кислорода, и на данные о присутствии иногда свободного кислорода среди газов, поступающих из недр Земли при вулканических процессах. К сожалению, источники таких экзотических сведений не были указаны. С другой стороны, как главный аргумент в пользу указанных сомнений, приводилась определенная интерпретация результатов некоторых имеющихся реконструкций эволюции содержания в геологической истории в атмосфере Земли кислорода и углекислого газа.

Например, отмечалось, что в конкретных условиях последних 1,5 млрд лет развития Земли выявляется прямая зависимость концентрации кислорода в атмосфере от количества вулканических поступлений, а это свидетельствует о более значительной, часто преобладающей роли глубинного кислорода в формировании атмосферы Земли. Утверждалось, что, поскольку при фотосинтетическом образовании кислорода растения используют углекислый газ, должно было проявляться определенное несовпадение тенденций их концентраций в каждую геологическую эпоху. Однако, как отмечалось далее, построенные на основании имеющихся данных графики свидетельствуют об общих однотипных изменениях содержаний 02 и С02, к тому же совпадающих с колебаниями количеств выбросов вулканического материала (рис. 2). Исходя из указанных соотношений, делался вывод: «Получается, что от процессов вулканизма и сопутствующей дегазации недр зависит концентрация как углекислого газа, так и кислорода, роль фотосинтетического кислорода в графиках незаметна (курсив наш. — Н. Я)» [1, с. 43].

Мы не будем здесь останавливаться на обсуждении вопроса, насколько хорошо на рис. 2 совпадают колебания количеств рассматриваемых компонентов. Это не столь уж важно, так как взаимосвязи их в биосфере могут быть очень сложными. Например, содержание С02 в атмосфере в геологической истории в основном определялось не интенсивностью захоронения органического вещества — продукта фотосинтеза, а образованием карбонатных пород. Еще более существенно то, что возрастание содержания С02 могло стимулировать интенсификацию фотосинтеза и захоронения органического вещества. В таком случае, соответственно для эпох относительно повышенного содержания углекислого газа, можно ожидать и увеличение фотосинтетического кислорода. Такое предположение будет тем более правомочным, если считать, что количество углекислого газа, как показано на рис. 2, в фанерозое не превышало 0,3%, а кислорода — превосходило его более чем на два порядка.

д

Период, млн лет 5оо 400 300 200 100 0

Рис. 2. Эволюция содержания 02 и С02 и колебаний выбросов вулканического материала Увулк

в фанерозое (по М. И. Будыко; см. [3]).

Конечно, такие предположения — лишь варианты возможных основных тенденций направленности процессов в географической оболочке. Реально все могло было быть значительно сложнее из-за действия принципа всеобщей связи явлений и принципа Ле Шателье. К тому же и сама схема, представленная на рис. 2, — лишь один из возможных вариантов эволюции содержаний свободного кислорода и углекислого газа в атмосфере в фанерозое. Однако, поскольку именно она легла в основу обоснования вышерассмотренных представлений о преобладающей роли глубинного кислорода в формировании атмосферы Земли, для оценки степени их обоснованности нужно анализировать именно ее. Если подходить с таких позиций, то схема свидетельствует о противоположном. Ведь приводимые содержания 02 вычислены на основании данных об Сорг, захороненном в осадочных породах соответствующего возраста. Возможность поступления глубинного кислорода не учитывалась. Соответственно нельзя использовать такую схему для обоснования преобладания в атмосфере кислорода глубинного происхождения и утверждения, что роль фотосинтетического кислорода незаметна. Поставленная проблема должна решаться на основании иных данных. Но при любом подходе будет оставаться незыблемым принцип, заключающийся в том, что в географическую оболочку всегда должен был поступать свободный кислород в количестве, эквивалентном захороняющемуся в стратисфере органическому веществу, образовавшемуся первоначально в результате жизнедеятельности аэробных фотосинтетиков. Не подлежит сомнению, что количество такого кислорода было очень велико, но лишь небольшая его часть осталась в атмосфере [11].

Противоречия, подобные вышеуказанным, неизбежны при стремлении отразить в модели эволюции географической оболочки большую часть имеющихся сведений и представлений. Модели эволюции географической оболочки могут быть разные. Их надо сравнивать между собой, как варианты, которые не всегда возможно объединить в одну модель. Осо-

бенно большие сложности и неопределенности возникают при оценке основных причин эволюции географической оболочки вообще и некоторых переломных эпизодов ее в частности. Например, существуют различные мнения о причинах внезапного массового появления в кембрийских водоемах организмов, образовывавших карбонатные скелеты, или о причинах выхода растений на сушу лишь в конце силурийского периода. Эти и другие проблемы эволюции географической оболочки кратко рассмотрим ниже.

Основные движущие силы и причины эволюции географической оболочки. Можно предполагать, что основной движущей силой эволюции географической оболочки является функционирование бесчисленных биогеохимических круговоротов благодаря использованию солнечной энергии. Обмен веществом между организмами и окружающей их средой и получение энергии извне, т.е. функционирование биогеохимических круговоротов разного ранга, — обязательное условие существования любого проявления жизни от единичного организма до всей их совокупности — живого вещества Земли. Поэтому жизнь и биогеохими-ческие круговороты неразделимы и должны были возникнуть одновременно, что определяет функционально обусловленное единство организмов и минерального («косного») вещества, слагающего биосферу. Притом единственная форма энергии, участвующая в бесчисленных круговоротах, пронизывающих биосферу, — энергия химических связей, в подавляющей части представляет собой трансформированную в процессах фотосинтеза лучистую энергию Солнца.

Поскольку движущей силой любых биогеохимических круговоротов является жизнедеятельность организмов, эволюция жизни неминуемо должна была приводить к адекватной эволюции самих круговоротов. Вследствие незамкнутости круговоротов различия молекулярного строения веществ на их входе и выходе обусловливали эволюцию не только самой биосферы, но и географической оболочки. Более того, менялись даже параметры и структура биосферы, что, в свою очередь, кардинально влияло на пространственно-временные закономерности биокосного взаимодействия как планетарного, специфически земного явления.

Таким образом, биокосное взаимодействие должно было возникнуть еще в начале геологической истории нашей планеты и сразу оказывать активное влияние на экзогенные процессы, происходившие в географической оболочке. Поэтому нельзя не согласиться с утверждением известного исследователя докембрия акад. А. В. Сидоренко: «Геологическая история земной коры началась с того момента, когда в первых осадочных породах зародилась жизнь и началось эволюционное развитие осадочных процессов, благодаря великой преобразующей роли живого вещества» [16, с. 13].

Понятие «биокосное взаимодействие» в узком смысле является синонимом понятия «функционирование биогеохимических круговоротов» или их составляющих. В широком же смысле оно включает все взаимоотношения между живым и минеральным мирами в биосфере. В таком понимании часто эти взаимоотношения выступают, как антагонистические, как проявление борьбы противоположностей, борьбы качественно различных, непримиримых субстанций — «жизни и камня». Символом ее можно считать нередкие взаимоотношения растительности и подзижных песков в пустынях. Однако в постоянной борьбе живого и минерального миров в геологической истории (до интенсивного вмешательства человека) в общем побеждала жизнь. В результате на поверхности Земли распространение организмов стало повсеместным и не осталось стерильных от жизни обстановок. И главной причиной такого итога, вероятно, была не столько чрезвычайная жизнестойкость организмов, которая нередко поразительна, а то, что жизнь сама создавала условия, благоприятные для своего существования.

Согласно предложенной модели коэволюции биосферы, литогенеза и палеогеографических обстановок [11, 17, 18], основной причиной эволюции биосферы и соответственно гео-

графической оболочки было появление, а затем увеличение в атмосфере количества свободного кислорода, продуцировавшегося при процессах аэробного фотосинтеза. При этом скорость поступления такого кислорода в систему географической оболочки непосредственно не зависела от масштабов фотосинтетической деятельности аэробных автотрофных организмов. Она определялась лишь выходом биогенного кислорода из глобального био-геохимического круговорота в результате захоронения в осадочных породах эквивалентного ему количества органического вещества. Такая закономерность функционирования биосферы, определявшая эволюцию географической оболочки, ярко проявляется при рассмотрении принципиальной схемы химической реакции аэробного фотосинтеза:

2Н20 + С02 + солнечный свет = СН20 + 02+ Н20.

Как всякая химическая реакция, она может идти как слева направо, так и в обратном направлении. Более того, исходные вещества, отвечающие левой части реакции, являются в общем нейтральными, не антагонистическими. Напротив, вследствие фотосинтеза образуются как сильный восстановитель — органическое вещество (условно оно символизировано как СН20), так и сильный окислитель — свободный кислород. Естественно, сосуществовать сколько либо длительное время, особенно в обстановке присутствия вездесущих микроорганизмов, данные геохимические антиподы не могут. И это проявляется очень ярко. Ведь ежегодно уничтожается масса органического вещества, практически соответствующая годовой первичной продукции. Как свидетельствуют геологические данные, по крайней мере на протяжении фанерозоя, лишь сотые доли процента от вероятной глобальной первичной продукции автотрофных организмов захоронялись в осадочных породах. Именно благодаря этой изоляции в стратисфере органического вещества от свободного кислорода, последний мог участвовать в других процессах в географической оболочке и накапливаться в ней.

Первоначально такой сохранившийся биогенный кислород целиком расходовался на разнообразные окислительные процессы, т.е. происходило непрерывное «титрование» свободным кислородом географической оболочки, насыщенной разнообразными восстановленными соединениями. Лишь после того, как титрование привело к замене восстановительной атмосферы окислительной, относительно незначительная часть свободного кислорода, постоянно поступавшего в атмосферу, стала расходоваться на увеличение содержания его в атмосфере. Основная же часть его продолжала расходоваться на разнообразные окислительные процессы в географической оболочке. В результате к настоящему времени масса свободного кислорода в атмосфере достигла всего лишь 1,2- 10‘5 т, что значительно меньше, чем количество захороненного в стратисфере органического вещества. При этом есть основания предполагать, что временами в палеозое и мезозое резервуар кислорода в атмосфере превышал эту величин)’ (см. рис. 2), а следовательно, баланс между поступлением в географическую оболочку свободного кислорода и расходованием его в ней в геологическом времени испытывал существенные изменения [11, 39].

Основные рубежи эволюции географической оболочки. Они могут быть намечены при совместном использовании: 1) общей направленности изменения в геологической истории количества свободного кислорода в атмосфере; 2) результатов расчетов Л. В. Беркнера и Л. С. Маршалла содержаний кислорода в атмосфере, при которых озоновый экран, задерживающий проникновение смертоносной для жизни составляющей солнечного излучения, формируется у поверхности Земли, а затем и на удалении от нее [20-22]; 3) данных о времени проявления некоторых важнейших палеонтологических и геологических событий.

Знаменательным событием для эволюции географической оболочки было возникновение аэробного фотосинтеза в начале развития биосферы еще в пределах 4-3,5 млрд лет назад. Именно с него началось не только бурное развитие жизни, но и постоянное выделение в огромных масштабах свободного кислорода и эквивалентное ему изъятие воды из биосферы. Началось кардинальное преобразование жизнью окружающей среды в направлении ее

оксигенизации. Вероятно, имевший до этого события широкое распространение бактериальный анаэробный фотосинтез не оказывал существенного воздействия на изменения геохимических параметров среды обитания и географической оболочки в целом. Символом таких процессов может служить реакция, соответствующая деятельности серобактерий:

2Н?8 + С02 + солнечный свет = СН20 + 2Б + Н20.

Хотя вследствие функционирования анаэробного фотосинтеза геохимические обстановки, по-видимому, не испытывали существенных изменений, значение фотосинтеза могло иметь важные последствия, так как в результате его в географическую оболочку должна была поступать вода. Количество ее, возможно, было весьма велико, поскольку анаэробные обстановки господствовали в водоемах длительное время, а потому могло захорониться значительное количество и органического вещества, созданного анаэробными фотосинтетиками. Соответственно значительным должен был быть и вклад этих организмов не только в энергетику географической оболочки и земной коры, но и в увеличение резервуара воды на Земле. Кстати, В. Г. Горшков [23], отмечая возможность осуществлять синтез свободной воды организмами палеобиосферы (например; из СН4 и С02, которые могли присутствовать в палеобиосфере Земли), указывал, что не исключено биогенное происхождение большей части гидросферы Земли.

С появлением аэробных фотосинтетиков, интенсивно выделявших свободный кислород, в гидросфере возникла контрастность окислительно-восстановительных обстановок, а с течением времени и преобладание окислительных условий. Затем, вероятно на рубеже 2,2-2 млрд лет назад, атмосфера стала окислительной, что привело к существованию на поверхности суши исключительно окислительных и преимущественно щелочных обстановок. Можно предполагать, что в восстановительной атмосфере присутствовали пары кислот и большое количество углекислого газа, которые, вследствие растворения в атмосферных осадках, обусловливали существование на суше кислых обстановок выветривания. В окислительной атмосфере пары кислот отсутствовали, меньше стало и углекислого газа, а потому геохимические обстановки на поверхности суши стали контролироваться реакциями гидролиза. Из-за того, что подавляющее количество породообразующих минералов является солями сильных оснований и слабых кислот, при их гидролизе в результате процессов выветривания должны были возникать щелочные обстановки.

Появление и широкое распространение в кембрии животных с карбонатными скелетными образованиями и общую небывалую вспышку в это время развития различных форм жизни легче всего объяснить тем, что именно на границе докембрия и кембрия возник озоновый слой у поверхности Земли. Такое событие, согласно расчетам Л. Беркнера и Л. Маршалла [7, 20-22], должно было произойти при достижении содержания свободного кислорода в атмосфере уровня, отвечающего примерно \Уо от его количества в современной атмосфере. В результате ультрафиолетовые лучи в количествах, губительных для жизни, перестали пронизывать верхнюю примерно десятиметровую часть водоемов, и она быстро была заселена разнообразными организмами. В этих мелководных обстановках содержалось меньше растворенного углекислого газа, чем в более глубоких, где большое его количество могло препятствовать не только образованию, но и сохранению карбонатного материала. В мелководье же, ставшем в то время доступным для обитания животных, карбонатный материал мог не только образовываться биогенным путем, но и сохраняться.

Таким образом, возможно, в докембрии животные обитали лишь на глубинах, куда не проникали губительные для них ультрафиолетовые излучения Солнца. На этой же глубине содержалось такое количество углекислого газа, которое препятствовало существованию карбонатных и фосфатных минералов. Водоросли и бактерии, вероятно, могли переносить несколько более повышенные дозы облучения, потому обитали и часто формировали карбонатные породы на меньшей глубине. Кроме того, аэробные фотосинтетики, поглощая при

фотосинтезе углекислый газ, понижали его содержание в воде. Животные, наоборот, при дыхании увеличивали его количество. По этой причине критическая глубина формирования карбонатных выделений для водорослей и животных могла значительно различаться.

С образованием озонового экрана у поверхности гидросферы в нее перестали проникать губительные ультрафиолетовые лучи. Животный мир сразу на громадных пространствах захватил мелководные зоны, в пределах которых стало возможно возникновение карбонатных скелетных образований. Появление у организмов скелета давало им большие преимущества перед бесскелетными формами. Поэтому в процессе борьбы за существование у многочисленных и разнообразных форм организмов стали возникать различные скелетные образования.

Существуют представления, что появление экзоскелетов на рубеже венда и кембрия имело прямую связь с важнейшей физиологической функцией — дыханием организмов. Для простейших и многоклеточных животных низших ступеней эволюционного развития, обладавших кожным, кожно-кишечным или кожно-жаберным типом дыхания, возникновение плотных оболочек при прочих равных условиях означает сокращение количества кислорода, поступавшего в организм. Синхронное появление скелетов у различных организмов могло произойти в том случае, если в среде обитания возросло содержание кислорода, что компенсировало потери его поступления из-за возникновения экзоскелетов [24]. Не исключено, что в рассматриваемых событиях нашла отражение функция защиты организмов с помощью экзоскелетов от избыточного поверхностного дыхания. Ведь с распространением жизни в крайнем мелководье должны были резко возрасти выделение свободного кислорода фотосинтезирующими организмами в гидросферу и обогащение воды им.

Итак, живые организмы создали свободный кислород на Земле. Рост его количества привел к образованию озонового экрана, который расширил границы распространения жизни в гидросфере, сделав доступными для нее даже самые верхние слои воды. В них проникало больше солнечного света, и поэтому фотосинтез растений стал идти интенсивнее. В результате увеличивались масса автотрофных организмов и количества выделяемого ими кислорода и поглощаемого углекислого газа. Соответственно резко возросла и роль животных организмов. При этом, благодаря широкому распространению животных с карбонатными скелетными образованиями, появился новый механизм изъятия углекислого газа из окружающей среды — жизнедеятельность животных.

Дальнейшее увеличение содержания в атмосфере свободного кислорода примерно до 10% от современного привело, согласно [7, 20—22], к формированию озонового слоя высоко от поверхности Земли, и жизнь смогла выйти на сушу и заселить ее. Это событие, как следует из данных палеонтологии, произошло в конце силурийского периода. Соответственно сразу увеличились сфера биокосного взаимодействия и многообразие форм его проявления. С развитием жизни на суше на ней возникла контрастность геохимических сред как кислотно-щелочных, так и окислительно-восстановительных, а определяющей характеристикой ландшафтов стали особенности растительного покрова. Более того, результаты биокосного взаимодействия в водоемах и на суше свидетельствуют об определенной противоположности этого процесса: для водоемов было характерно биогенное минералообразование, а для суши — интенсивное разрушение минералов различными организмами.

Все указанные рубежи были вызваны развитием биосферы и, в свою очередь, определяли ее особенности — вплоть до размеров и структуры. Могут быть выделены стадии развития биосферы: эмбриональная восстановительная — живые организмы существовали лишь в водоемах на глубинах более 10 м, атмосфера восстановительная; эмбриональная окислительная — жизнь также развита в водоемах на глубинах более 10 м, но атмосфера окислительная; юная — жизнь распространялась по всему объему водоемов, заселяла мелководье; зрелая — со структурой современной биосферы. Возможно, с рубежа ХУШ-Х1Х вв. биосфе-

ра вступила в старческую стадию, правда, скорее это не новая стадия, а глубокая болезнь биосферы, наподобие раковой, которая вызвана непомерным увеличением численности людей и усилением антропогенного прессинга. Иногда полагают, что на этом рубеже уже был превзойден пороговый уровень степени замкнутости глобального биогеохимического круговорота [25-27].

Изменения глобального взаимодействия живого и минерального миров вследствие эволюции биосферы. Из вышерассмотренного следует, что эволюция жизни, благодаря биокосному взаимодействию, привела к существенным изменениям живым веществом параметров окружающей среды. Это, в свою очередь, вызвало изменения глобального взаимодействия между живым и минеральным мирами. Так, в стадию существования эмбриональной восстановительной биосферы, т.е. пока окислительная атмосфера еще не возникла, при диагенезе сохранялось больше органического вещества, чем на более поздних стадиях, поскольку оно не расходовалось на восстановление в осадках на дне водоемов окисленных на поверхности Земли соединений, так как их не было. Соответственно влияние отлагавшегося на дне водоемов органического вещества на диагенетические процессы должно было быть очень слабым. Напротив, воздействие захороненного в осадочных породах органического вещества на процессы катагенеза и особенно метаморфизма должно было быть несравненно более значительным, чем позже. Более того, можно предположить, что именно содержавшаяся в захоронявшемся органическом веществе энергия химических связей в большой мере способствовала широкому развитию процессов метаморфизма.

Образование кислородной атмосферы привело к отложению на дне водоемов значительного количества окисленных соединений, потому существенная часть органического вещества в донных осадках начала расходоваться на их восстановление. Вследствие этого процессы диагенеза стали более разнообразными и интенсивными. Соответственно из-за значительных потерь органического вещества при диагенетических процессах оно все меньше стало участвовать в катагенетических и метаморфических процессах. В результате меньшего конечного захоронения органического вещества понизилась и интенсивность поступления свободного кислорода в атмосферу. С возникновением растительного покрова на суше воздействие живого вещества наиболее сильно стало проявляться при мобилизации осадочного материала и слабее — на последующих стадиях литогенеза. Для современного состояния биосферы характерно увеличение неравномерности воздействия живого вещества на осадки и породы из-за редуцирования растительного покрова и возрастания техногенного влияния. В целом это воздействие, вероятно, усилилось при мобилизации и отложении осадочного материала.

Заключение. Определяющей причиной рассмотренных существенных изменений географической оболочки является то, что глобальный цикл органического углерода, как и все его составляющие, не является замкнутым. Отсюда следует, что если суммарный объем биогеохимических круговоротов и скорости их функционирования определяют степень воздействия живого вещества на минеральный мир, то скорости изменения многих параметров географической оболочки обусловливаются величиной разомкнутости этих круговоротов. Наиболее объективный показатель такой разомкнутости — суммарное количество органического вещества, захоронявшегося в единицу геологического времени в осадочных толщах. Именно на основе данных об изменении этого параметра в геологической истории Земли можно относительно объективно судить об интенсивности коэволюции живого и минерального миров и физико-географических обстановок в географической оболочке. Из глобального цикла органического углерода постоянно выпадало, вследствие захоронения в осадочных толщах, органическое вещество. Примерно половина его в дальнейшем уничтожалась при разрушении более древних осадочных пород, остальная же часть постоянно увеличивала резервуар органического углерода. Соответственно происходило неуклонное

возрастание количества органического вещества, захороненного в осадочной оболочке. Параллельно с таким процессом эвтрофикации планеты в географическую оболочку постоянно поступал свободный кислород в количестве, эквивалентном захоронявшемуся органическому веществу. Последнее и обусловливало оксигенизацию атмосферы и земной коры, в свою очередь, вызывавшую кардинальные изменения географической оболочки и ее эволюцию.

Summary

Verzilin N. N. Geographical environment: concept and model of evolution.

Some problems connected with existing representations of the concept geographical cover and its ratio with the concept of biosphere are discussed. According to the model considered the principal evolution reason of biosphere and geographical cover was occurrence and then increase of Сь in the atmosphere, produced at photosynthesis processes. Tne most significant events for evolution of geographical cover were: occurrence of aerobic photosynthesis,, occupation of reservoirs shoal after occurrence of an ozone cloud at the surface of the Earth, an exit of life on land after formation of an ozone cloud at the distance from the surface of a planet.

Литература

1. Селиверстов Ю. П. Новые рубежи и проблемы землеведения // Вести. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 2002. Вып. 1 (№ 7). 2. Боков В. А.. Селиверстов Ю. П.. Черванев И. Г. Общее землеведение: Учебник. СПб., 1999. 3. Селиверстов Ю. П.. Бобков А. А. Землеведение: Учеб. пособие. М., 2004. 4. Синицын В. М. Сиаль: Историко-генетические аспекты. Л., 1972. 5. Колесник С. В. Общие закономерности Земли. М., 1970. 6. Славин В. И.. Ясаманов Н. А. Методы палеогеографических исследований. М., 1982. 7. Руттен М. Происхождение жизни / Пер. с англ.; Под ред. А. И. Опарина. М., 1973. 8. Будыко М. И. Эволюция биосферы. JL, 1984. 9. Буды-ко М. И.. Ронов А. Б.. Яншин А. Л. История атмосферы. Л., 1985. 10. Верзилин Н. Н. К вопросу об изменении количества свободного кислорода в атмосфере Земли в фанерозое // Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. 1981. Т. 113, вып. 5. М. Верзилин Н. И. Учение о биосфере (эволюция биосферы): Учеб. пособие. СПб., 2004. 12. Гаррелс Р. М. Круговорот углерода, кислорода и серы в течение геологического времени. М., 1975. 13. Казанский Ю. П. Физикохимические особенности среды развития биосферы в докембрии // Современные геологические проблемы учения В. И. Вернадского о биосфере: Труды Ленингр. об-ва естествоиспытателей. Т. 81, вып. 2. Л., 1990. 14. Холленд X. Химическая эволюция океанов и атмосферы / Пер. с англ.; Под ред. В. А. Гринко. М., 1989. 15. Неручев С. Г. Опыт количественной оценки параметров древних атмосфер Земли // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1997. № 10. 16. Сидоренко А. В. Осадочная геология докембрия и ее значение для -познания допалеозойской истории Земли // Сов. геология. 1975. Jsr« 2. 17. Верзилин И. Н. Методы палеогеографических исследований. Л., 1979. 18. Верзилин Н. Н., Окно-ва Н. С. Изменение воздействия живого вещества на литогенез в свете эволюции биосферы // Эволюция осадочного процесса в океанах и на континентах / Под ред. П. П. Тимофеева. М., 1983. 19. Верзшин И Н. Живое вещество как определяющий фактор развития палеогеографических обстановок и геологических процессов в истории Земли // Современные геологические проблемы учения В. И. Вернадского о биосфере: Труды Ленингр. об-ва естествоиспытателей. Т. 81, вып. 2. Л., 1990. 20. Беркнер Л.. Маршалл Л. Кислород и эволюция // Земля и Вселенная. 1966. № 4. 23. Berkner L. V., Marshall L. С. On the origin and rise of oxygen concentration in the Earth’s atmosphere // J. At-mosph. Sci. 1965. Vol. 22, N 3. 22. Berkner L. V.. Marshall L. C. Limitation on oxygen concentration in a primitive planetary atmosphere // J. Atmosph. Sci. 1966. Vol. 23, N 2. 23. Горшков В. Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.. 1995. 24. Сочава А. В. Квазистационарная модель геохимического цикла и эволюции биосферы на рубеже докембрия и фанерозоя // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1992. № 6. 25. Горшков В. Г. Энергетика биосферы и устойчивость существования окружающей среды // Итоги науки и техники. Сер. Теоретические и общие вопросы географии. М.. 1990. 26. Кондратьев К. Я Парадигма глобальной экологии. I. Окружающая среда // Изв. Русск. геогр. об-ва. 1993. Вып. 6. 27. Кондратьев К. Я.. РоманюкЛ. П. Проблемы окружающей среды и Всемирный Банк // Изв. Русск. геогр. об-ва. 1996. Вып. 2.

Статья поступила в редакцию 20 февраля 2005 г.

Географическая оболочка

Понятие «географическая оболочка»

Замечание 1

Географическая оболочка –это непрерывная и целостная оболочка Земли, состоящая из земной коры, тропосферы, стратосферы, гидросферы, биосферы и антропосферы. Все компоненты географической оболочки находятся в тесном взаимодействии и проникают друг в друга. Между ними происходит постоянный обмен веществом и энергией.

Верхняя граница географической оболочки – стратосфера, расположенная ниже максимальной концентрации озона на высоте около 25 км. Нижняя граница проходит в верхних слоях литосферы (от 500 до 800 м).

Взаимное проникновение друг в друга и взаимодействие составляющих географическую оболочку компонентов – водной, воздушной, минеральной и живой оболочек определяет ее целостность. В ней можно наблюдать помимо непрерывного обмена веществ и энергии также и постоянный круговорот веществ. Каждый компонент географической оболочки, развиваясь согласно собственных законов, испытывает на себе влияние остальных оболочек и сам воздействует на них.

Воздействие биосферы на атмосферу связано с процессом фотосинтеза, вследствие которого происходит интенсивный газообмен между живым веществом и воздухом, а также регулирование в атмосфере газов. Зеленые растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород, без которого невозможна жизнь большей части живых организмов на планете. Благодаря атмосфере земная поверхность не перегревается солнечной радиацией днем и не остывает значительно ночью, что необходимо для нормального существования живых существ.

Биосфера оказывает влияние на гидросферу. Живые организмы могут воздействовать на соленость вод Мирового океана, забирая из воды некоторые вещества, необходимые для их жизнедеятельности (например, кальций нужен для формирования панцирей, раковин, скелетов). Водная среда – место обитания многих живых существ, вода необходима для нормального протекания большинства процессов жизнедеятельности представителей растительного и животного мира.

Влияние живых организмов на земную кору более всего выражено в ее верхней части, где происходит накопление остатков растений и животных, формируются породы органического происхождения.

Живые организмы принимают активное участие не только в создании горных пород, но и в их разрушении. Они выделяют кислоты, разрушающие породы, воздействую корнями, образующими глубокие трещины. Вследствие этих процессов твердые и плотные породы превращаются в рыхлые осадочные (галька, гравий). Создаются все условия для формирования того или иного типа почв.

Изменение какого-либо одного компонента географической оболочки отражается на всех других оболочках. Например, эпоха великого оледенения в четвертичный период. Расширение поверхности суши создало предпосылки для наступления более сухого и холодного климата, что привело к образованию толщи льда и снега, покрывших значительные территории на севере Северной Америки и в Евразии. Это, в свою очередь, повлекло за собой изменение растительного, животного мира, почвенного покрова.

Компоненты географической оболочки

К основным компонентам географической оболочки относятся:

1. Земная кора. Верхняя часть литосферы. Отделена от мантии границей Мохоровича, характеризующейся резким повышением скоростей сейсмических волн. Толщина земной коры колеблется от шести километров (под океаном) и до 30-50 км (на материках). Существует два типа земной коры: океаническая и континентальная. Океаническая кора состоит в основном из пород основного состава и осадочного чехла. В континентальной коре выделяют базальтовый и гранитный слои, осадочный чехол. Земная кора состоит из отдельных, разных по размеру литосферных плит, передвигающихся относительно друг друга.
2. Тропосфера. Нижний слой атмосферы. Верхняя граница в полярных широтах – 8-10 км, в умеренных – 10-12 км, в тропических – 16-18 км. Зимой верхняя граница несколько ниже, чем летом. В тропосфере содержится 90% всего водяного пара атмосферы и 80% всей массы воздуха. Для нее характерны конвекция и турбулентность, облачность, развитие циклонов и антициклонов. С повышением высоты понижается температура.
3. Стратосфера. Ее верхняя граница находится на высоте от 50 до 55 км. С ростом высоты температура приближается к значению 0 ºС. Характерны: малое содержание водяного пара, низкая турбулентность, повышенное содержание озона (его максимальная концентрация наблюдается на высоте 20-25 км.).
4. Гидросфера. Включает все водные запасы планеты. Наибольшее количество водных ресурсов сосредоточено в Мировом океане, меньше – в подземных водах и континентальной сети рек. Большие запасы воды содержатся в виде водяного пара и облаков в атмосфере. Часть воды сохраняется в виде льда и снега, образуя криосферу: снежный покров, ледники, вечная мерзлота.
5. Биосфера. Совокупность тех частей компонентов географической оболочки (литосфера, атмосфера, гидросфера), которые заселены живыми организмами.
6. Антропосфера, или ноосфера. Сфера взаимодействия окружающей среды и человека. Признание данной оболочки поддерживается не всеми учеными.

Этапы развития географической оболочки

Географическая оболочка на современном этапе – результат продолжительного развития, в процессе которого она постоянно усложнялась.

Этапы развития географической оболочки:

• Первый этап – добиогенный. Продолжался 3 млрд. лет. В это время существовали исключительно простейшие организмы. В развитии и формировании географической оболочки они принимали слабое участие. Атмосфера характеризовалась высоким содержанием углекислого газа и низким – кислорода.
• Второй этап. Продолжительность – около 570 млн. лет. Для него характерна главенствующая роль живых организмов в формировании географической оболочки. Организмы оказывали воздействие на все компоненты оболочки: изменился состав атмосферы и воды, наблюдалось накопление горных пород органического происхождения. В конце этапа появились люди.
• Третий этап – современный. Начался 40 тыс. лет назад. Для него характерно активное влияние человеческой деятельности на разные компоненты географической оболочки.

географическая оболочка

Географическая оболочка прошла долгий и сложный путь развития. Возраст Земли определяется в 4,5—4,6 млрд. лет. Американский океанолог П. Вейль (1977) советует вообразить, что каждый год соответствует листу бумаги, настолько тонкому, что 1000 листов укладываются в стопку толщиной 1 см. Если эти сантиметровые стопки бумаги, соответствующие тысячелетию, накладывать одна на другую на протяжении всей истории Земли, то поднимается бумажная башня высотой в 45 км.[ …]

ОБОЛОЧКА ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ природный комп лекс, возникший в слое взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы и сформировавшийся под воздействием солнечной энергии и органической жизни. Таким образом, общая мощность географической оболочки от 15 до 20-25 км.) Толкование термина различается у разных авторов.[ …]

Географическая оболочка Земли богата и другим полезным компонентом, необходимым для функционирования живых организмов, — кислородом. Его содержание по массе в литосфере составляет 47%, в гидросфере — 85,9%, однако преобладающая часть кислорода находится в химически связанном состоянии. Атмосфера по сравнению с литосферой и гидросферой характеризуется наибольшим содержанием свободного кислорода, потребляемого живыми организмами и способствующего переработке продуктов распада органической материи, осуществляющегося в условиях достаточно высокой среднегодовой температуры воздуха (13,6°С) у поверхности Земли.[ …]

Географическая оболочка Земли (как и биосфера) неоднородна в пространстве, она дифференцирована на отличающиеся друг от друга территории. Ее последовательно делят на физико-географические пояса, географические зоны, внутризональные горные и равнинные области и подобласти, подзоны и т. д.[ …]

Географическая оболочка рассматривается также в качестве ландшафтной оболочки планеты, т. е. сферы взаимодействия компонентов ландшафтов суши. В последнем положении присутствуют сразу два важнейших понятия, связанных с экологией: ландшафт и компонент ландшафта. Однако эти понятия мы рассмотрим в процессе дальнейшего изложения материала книги — в разделе 2.8.[ …]

Географическая оболочка Земли (или природная среда) —это область сложного взаимопроникновения атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы, сложного взаимодействия, проявляющихся в них земных и космических сил. Она продолжает развиваться и усложняться в результате совместного действия живой и неживой природы.[ …]

Географическая оболочка Земли представляет собой целостную материальную систему, определяющуюся непрерывным на протяжении существования планеты и жизни на ней взаимодействием и взаимозависимостью твердых, жидких, газообразных и «живых» веществ. Все составляющие географической оболочки взаимодействуют, используя солнечную энергию, поступающую на Землю, и энергию внутренних слоев Земли. Все компоненты природной среды настолько взаимосвязаны, что изменение одного из них влечет изменение других (рис. 21). Большинство процессов в географической оболочке носит круговоротный характер.[ …]

Водная оболочка. Мировой океан, средняя глубина которого более 4000 м, занимает площадь 361 млн. км2, т.е. 71% поверхности земного шара (рис. 1.2). Вода содержится также в озерах, реках, подземных бассейнах, ледниках, снежном покрове, почве, растениях и животных, в горных породах; большое количество воды постоянно находится в атмосфере. Общий объем воды на нашей планете составляет около 1800 млн. км3. В ее огромной массе содержится много тепла, растворенных и взвешенных веществ, которые с помощью воды перераспределяются в географической оболочке.[ …]

Физико-географический пояс -это крупнейшая таксономическая единица географической оболочки, слагающаяся из ряда географических зон, близких по тепловому балансу и режиму увлажнения.[ …]

Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят и участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее состав. Фактически же — это неразрывное единство, о чем свидетельствует и ландшафтный подход при выделении типов природных экосистем. Одним из таких примеров служит классификация по Р. X. Уиттекеру (табл. 7.1).[ …]

Познание географической оболочки как динамической системы, ее структуры и пространственной дифференциации — задача общего землеведения. Таким образом, общее землеведение следует рассматривать как науку об основных, главнейших географических закономерностях Земли. Не случайно свое последнее учебное пособие по общему землеведению С. В. Калесник (1970) назвал «Общие географические закономерности Земли».[ …]

Развитие географической оболочки на протяжении всей геологической истории Земли шло в направлении усложнения ее структуры и более четкого функционирования как парадинамической системы. Особенно важные последствия имело возникновение в процессе развития новой структурной части — биострома. Составной частью биострома является и человек, которому географическая оболочка обязана вступлением в новейший, антропогенный, этап своего развития.[ …]

На замене географической оболочки термином биогеносфера настаивал И. Б. Забелин (1959), считая, что этот термин имеет якобы то преимущество, что подчеркивает важнейшую особенность данной оболочки — зарождение и развитие жизни. По содержанию термин «биогеносфера» близок к широко распространенному термину «биосфера» и усложнять этот последний термин и тем более заменять географическую оболочку новым названием нет оснований.[ …]

Род физико-географических наук представлен общим землеведением, ландшафтоведением, страноведением, палеогеографией и частными, отраслевыми науками (геоморфология, климатология, гидрология, география почв, биогеография). Эти разные науки объединяет один объект изучения — географическая оболочка; предмет же изучения каждой из наук специфичен, индивидуален — это какая-либо одна из структурных частей или сторон географической оболочки. Предметом изучения общего землеведения являются структура, внутренние и внешние взаимосвязи, динамика функционирования географической оболочки как целостной системы.[ …]

В пределах географической оболочки взаимодействуют воздух, вода, горные породы, составляющие земную кору, и живые организмы. Это взаимодействие в каждом конкретном случае обусловлено множеством факторов. Не всегда и не везде результаты взаимодействия однозначны, а в целом оно поддерживается беспрерывным поступлением в пределы географической оболочки солнечной, космической и внутриземной энергии. Схема геосфер Земли приведена на рис. 1.1.[ …]

Изменения в географической оболочке происходят и в результате движения материков, наступления и отступления морей, в ходе геологических процессов: при эрозии и аккумуляции, работе моря, вулканизме. В целом географическая оболочка развивается поступательно, от простого к сложному, от низшего к высшему.[ …]

Образование географической оболочки — важнейший этап в геологической истории Земли. Наличие мягких и устойчивых условий среды, меняющихся в определенном диапазоне, способствовало возникновению и развитию жизни. Биосфера — глобальная экосистема геосферы, обеспечивающая ее устойчивость и развитие.[ …]

Григорьев A.A. Географическая оболочка. В кн.: Краткая географическая энциклопедия, т. 1. М., Советская энциклопедия, 1960, с. 417-418.[ …]

Все компоненты географической оболочки находятся в сложных взаимосвязях. Изменение одного компонента непременно вызывает изменение и других.[ …]

Ю. К. Ефремов (1969) географическую оболочку называет ландшафтной. Но ландшафты занимают лишь тонкий слой географической оболочки, который и следует называть ландшафтной сферой, не противопоставляя этот термин географической,оболочке.[ …]

Структурные части географической оболочки выступают по отношению друг к другу как резко контрастные, уже сами по себе динамичные среды, между которыми осуществляется активный обмен веществом и энергией.[ …]

С. В. Калесник (1970) понимал географическую оболочку более узко. Отодвигая ее верхнюю границу в атмосфере на высоту 25— 30 км, он ограничивал нижнюю границу географической оболочки в литосфере зоной гипергенеза (от греч. hyper — поверх и образование), охватывающей самый верхний (до глубины 500—800 м) слой литосферы. В этой зоне глубинное минеральное вещество земной коры подвергается преобразованию под влиянием различного рода экзогенных процессов.[ …]

Рассеивание вещества водной оболочки в атмосферу имеет важнейшие для географической оболочки динамические последствия. Океан затрачивает огромное количество тепла на испарение — до 1024 Дж в год. Это тепло, освобождаясь при конденсации водяных паров в атмосфере, становится здесь основным источником энергии циркуляционных процессов. Турбулентный теплообмен между океаном и атмосферой в 9 раз меньше затрат тепла на испарение, причем во всех океанах, кроме Северного Ледовитого, тепло таким способом передается атмосфере. Основная общепланетарная закономерность теплообмена состоит в его влиянии на повсеместное смягчение климата: в низких широтах с океана на сушу выносится более холодный воздух, а в высоких широтах — значительно более теплый» 2.[ …]

Выделение всех перечисленных оболочек Земли — от железного (предположительно) ядра до газовой атмосферы — основывается на учете какого-либо одного агрегатного состояния вещества; твердого, жидкого или газообразного. С этих позиций места для географической оболочки не остается. Но особенность географической оболочки, ее уникальность состоит как раз в том, что вещество представлено в ней не одним и не двумя, а тремя агрегатными состояниями. С точки зрения агрегатного состояния вещества она представляет не единую, а триединую оболочку. Наблюдается это в зоне соприкосновения, взаимопроникновения и взаимодействия друг с другом литосферы, атмосферы и гидросферы.[ …]

Активен процесс рассеивания в географической оболочке вещества водной оболочки Земли. Она — важнейший поставщик водяных паров в воздушную тропосферу. Водяной пар — обязательный компонент тропосферного воздуха, его нет, как известно, только в идеальной (теоретической) атмосфере, не существующей в природе. Распределение водяного пара и его производных с высотой оправдывает принятый ранее термин рассеивание. Если содержание водяного пара у земной поверхности колеблется в среднем от 0,2% по объему в полярных странах до 2,5% вблизи экватора, то уже на высоте 1,5—2 км оно падает вдвое, а на высоте 10—12 км — в 100 раз.[ …]

Взаимодействие структурных частей географической оболочки, рассеивание их вещества протекают не хаотически. Они представляют собой отдельные звенья общего круговорота вещества и энергии, связывающего воздушную тропосферу, водную сферу, земную кору и биостром в единое целое — географическую оболочку Земли. Так как конечным результатом общего круговорота вещества и энергии является обособление и функционирование географической оболочки, то и сам круговорот в дальнейшем будет именоваться общегеографическим круговоротом вещества и энергии. В основу его положены представления В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, Б. Мейсона, Дж. Фортескью и других авторов о большом геохимическом цикле, или большом круговороте веществ (рис. 3).[ …]

Биостром — четвертая структурная часть географической оболочки— имеет много специфических черт1. Это живой покров Земли, свойственный тонкой контактной зоне трех предыдущих структурных частей географической оболочки. Растекание размножением», «растекание жизни» (В. И. Вернадский, 1926) протекает с необычайной скоростью. Энергию «растекания жизни» В. И. Вернадский называет геохимической энергией жизни, а сам процесс этот уподобляет процессу растекания газа.[ …]

Обоснование А. А. Григорьевым, С. В. Калесником географической оболочки и составляющих ее ландшафтов как предмета изучения географической науки.[ …]

Подобно тому, как взаимодействие структурных частей географической оболочки определяет ее единство, так и варианты ландшафтной сферы — лишь структурные части единого целого. Чтобы избежать повторения, подтвердим сказанное на двух примерах.[ …]

Солнечно-земные связи. Так принято называть ответные реакции географической оболочки на изменения солнечной активности. В настоящее время солнечную активность связывают с регулярным образованием в атмосфере Солнца пятен, факелов, вспышек, протуберанцев. В середине XIX в. швейцарский астроном Р. Вольф вычислил количественный показатель солнечной активности, известный во всем мире как число Вольфа. Этот индекс используют в тех случаях, когда стремятся установить число групп солнечных пятен и строение каждой из них. Обработав накопленные к середине прошлого века материалы наблюдений за солнечными пятнами, Вольф смог установить средний 11-летний цикл солнечной активности. Фактически же интервалы времени между годами максимальных или минимальных чисел Вольфа колеблются от 7 до 17 лет. Одновременно с 11-летним циклом протекает вековой, точнее 80—90-летний, цикл солнечной активности. Несогласованно накла-дываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке. Энергетической базой солнечно-земных связей выступает энергия электромагнитного и корпускулярного излучения. На пути к поверхности Земли солнечное излучение преодолевает несколько преград: межпланетную среду, нейтральную атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле (рис. 6).[ …]

Косвенное воздействие земной коры на другие структурные части географической оболочки проявляется через рельеф земной поверхности. Рельеф влияет на скорость и направление ветра, температуру и влажность приземных слоев воздуха. Подводные хребты, изменяя направление глубинных течений, воздействуют на циркуляцию океанических вод в целом, затрудняют водообмен между морями и океанами. Морфология земной коры регулирует степень развития и продуктивность наземного и подводного биострома с тем существенным различием, что на предельных высотах у первого происходит деградация биострома (нивальные ландшафты), у второго — усложнение его структуры и повышение продуктивности.[ …]

Наиболее тесно экология связана с физической географией, т. е. наукой о географической оболочке Земли, ее строении, динамике, составе, региональной дифференциации. Иначе говоря, предметом физической географии является земная поверхность, включая земную кору, почву, атмосферу, гидросферу, растительный и животный мир.[ …]

По определению В.И.Вернадокого, биосфера — это наружная общепланитарная оболочка, состав, структура и энергетика которой обусловлены прошлой или современной деятельностью совокупности живых организмов в течение геологического времени. Она охватывает нижнюю часть атмосферы до высот 10-18 км (тропосферу), верхнюю часть зешой коры до глубин 2-3 км (литосферу) и всех водоемов до глубин II км (гидросферу). Таким образом, общая протяженность биосферы по вертикали 20-30 км. Но наиболее прочно освоена организмами лишь часть биосферы до высот атмосферы 120-150 м (высота эькалиптов,секвой), в гидросфере до 80-100 м (глубива проникновения солнечных лучей), в литосфере 1-2 м (почвенная флора и фауна).[ …]

Ряд исследователей, включая А. А. Григорьева, ставят знак равенства между географической оболочкой и географической средой. По их мнению, эти названия дополняют друг друга, характеризуют одно и то же явление природы с разных сторон. Однако термин географическая среда, предложенный в 70-х годах XIX в. Элизе Реклю, является скорее социально-исторической, а не естественной категорией. Границы географической среды изменяются вместе с развитием человеческого общества. Для палеолитического человека ею была лишь незначительная часть географической оболочки, сводившаяся к собственно земной поверхности. Ныне деятельность человека (авиация, полеты космонавтов) вышла за пределы верхней границы географической оболочки, распространяется на дно океанической абиссали, а сверхглубокое бурение приближает нас к нижним слоям земной коры.[ …]

Антисимметрия мегарельефа материков и океанов. Эту важнейшую закономерность в структуре географической оболочки впервые установил в 1935 г. А. А. Григорьев еще до открытия срединно-океанических хребтов как глобального явления. В работе «В поисках закономерностей морфологической структуры земного шара» он приходит к заключению о контрасте, противостоянии общего плана, морфологии материковой и океанической литосферы: в то время как материковые массивы характеризуются наличием срединного пояса низин и впадин, обрамленного боковыми поясами поднятий, в океанической литосфере в ее средней части (по длинной оси) наблюдается пояс поднятий, окаймленный справа и слева поясами значительно больших глубин. Общепринятого объяснения этой закономерности пока не дано. Скорее всего, она результат наложения неоднородности земной коры и мантии на глобальный ротационный эффект.[ …]

Рассеянная и погребенная гидросфера составляют неразрывное елое соответствующей структурной части географической оболочки— земной коры и воздушной тропосферы. Поэтому они здесь не рассматриваются. Водная оболочка Земли состоит из Мирового океана, озер, рек, ледников, многолетних льдов. Реки, озера, ледники и многолетние льды входят в структурную ткань ландшафтной сферы Земли, обособляясь в ней в ранге отделов и классов комплексов. Характеристика их дана в гл. Дальнейшему рассмотрению в настоя щей главе подлежит Мировой океан.[ …]

Воздушная тропосфера, земная кора, Мировой океан с внутри-континентальными водоемами, биостром составляют структурные части географической оболочки, а заключенное в них вещество—■ ее компоненты. Первая наипростейшая форма движения — это механическая, простое перемещение»1.[ …]

Механизм его возникновения сложен и не до конца разгадан, но и то, что уже известно, служит прекрасной иллюстрацией функционирования географической оболочки как целостной системы. В год, предшествующий Эль-Ниньо, сильный пассат активизирует Южно-Экваториальное течение, нагоняя теплые воды на запад Тихого океана, повышая здесь его уровень на 10—20 см и одновременно выводя на поверхность более прохладные воды в восточном секторе. В год Эль-Ниньо пассат сменяется на устойчивый западный ветер, нагоняющий необычно теплые воды к берегам Южной Америки и повышая здесь уровень океана на 25 см (К. Н. Федоров, 1984). Таким образом, Эль-Ниньо — гигантское по масштабам и необычайно глубокое по ландшафтным последствиям сгонно-нагонное явление. Конечная причина его — изменения в давлении воздуха и циркуляции атмосферы — ждет своего объяснения.[ …]

На развитие растительности того или иного типа оказывают совместное воздействие многие факторы, формирующие условия обитания растений. На каждом конкретном участке географической оболочки создаются различные количественные комбинации этих факторов. В пределах биосферы происходит беспрерывное развитие растительных ассоциаций, состав которых определяется особенностями взаимодействия всех компонентов географической оболочки.[ …]

Н.М.Фролов считает, что геоэкология — одна из частей экологии, которая изучает последствия взаимодействия живого с окружающей средой, а по объему она делится на экологию географической оболочки и экологию недр Земли [7].[ …]

Общее землеведение тесно связано с ландшафтоведением. И это естественно, так как предметом изучения ландшафтоведения является тонкий, наиболее активный центральный слой географической оболочки — ландшафтная сфера, состоящая из природных территориально-аквальных комплексов разного ранга.[ …]

Объектами изучения социальной экологии являются ГЭС-сис-темы различного масштаба: локальные (местные), региональные (в границах определенной территории, устанавливаемой на основе экологических, географических, социально-экономических критериев) и глобальная (планетарная), включающая географическую оболочку Земли, биосферу, все человеческое общество.[ …]

ФИЗИОЛОГИЯ [от гр. physis —■ природа и logos — учение, слово] — часть биологии, изучающая функции живых организмов. Разделяется на Ф. человека, Ф. растений, Ф. животных, Ф. микроорганизмов и др. ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ — научная дисциплина, комплексно изучающая природную составляющую географической оболочки Земяи и ее отдельных частей. Собственно Ф.г. исследует природные территориальные комплексы и состоит из общего землеведения и ландшафтоведения. В широком понимании Ф.г. охватывает дисциплины, изучающие отдельные компоненты географической оболочки: геоморфологию, климатологию, гидрологию суши, океанологию, гляциологию, географию почв, биогеографию.[ …]

Ежедневно в сторону нашей планеты направляется до 10 млрд. метеоров. При встрече их с атмосферой выделяется огромное количество кинетической энергии. Мелкие тела при этом разрушаются до тончайшей пыли, медленно оседающей на земную поверхность. Пылинки размером от нескольких микронов до миллиметра называются микрометеоритами. Их присутствие в границах географической оболочки распознается несколькими способами. А. К. Лавелл (1961) пишет, что частицы с диаметром в несколько тысячных миллиметра собираются с крыш, из дождевой воды и на специально приготовленных листах. От обычной земной пыли их отличают особая форма и состав, делающие весьма вероятным их внеземное происхождение. Кроме того, образцы проб со дна океана содержат некоторое количество пыли с большим содержанием никеля.[ …]

Одним из главных резервуаров азота на Земле является ее атмосфера. В ней содержится примерно 3,87 • 10е Гт этого элемента в форме молекул N2. В земной коре общее количество азота разными авторами оценивается в пределах (0,7-1,5) 10е Гт, а в верхней мантии оно находится на уровне 13 10е Гт. Соотношение масс азота в различных геосферах наводит на мысль, что главным источником этого элемента для географической оболочки Земли служит верхняя мантия. Выделение из нее азота происходило и продолжает происходить в процессе вулканизма.[ …]

По выражению академика В. И. Вернадского, «человек становится крупнейшей геологической силой, меняющей облик нашей планеты». В результате производственной деятельности людей йозникли сложные структуры взаимодействия технических и природных комплексов, называемые при-родно-техническими геосистемами. Это специфические новообразования, распространение которых ныне во многом определяет сущность географической оболочки Земли: состояние природных комплексов, процессы распределения и перераспределения вещества и энергии, баланса вещества и трансформированных свойств океанов и континентов Земли, баланс между природообразующими сферами (геосферами, по В. И. Вернадскому): атмосферой, гидросферой, литосферой и биосферой.[ …]

В 50-х годах текущего столетия в развитии общего землеведения наступил качественно новый этап. В последовавшие за этим десятилетия в ближний Космос выведены целые лаборатории со сложнейшей аппаратурой, дающей разнообразную информацию о земной поверхности. Человек впервые получил возможность наблюдать за географической оболочкой не изнутри, а со стороны, видеть не разрозненные мазки, а картину в целом, не деревья, а лес.[ …]

Изменения в природной среде происходят непрерывно с определенной ритмичностью; выделяют суточные, связанные с вращением Земли вокруг своей оси; годовые—с движением Земли по орбите вокруг Солнца и многолетние, которые во многом обусловлены главным образом активностью Солнца и внутренними (эндогенными) процессами в недрах Земли. Суточные и годовые ритмы оказывают влияние на жизнедеятельность организмов, аналогичное влияние оказывают ритмы, связанные, например, с фазами Луны и т. п. В целом географическая оболочка развивается поступательно, от простого к сложному, от низшего к высшему.[ …]

Прошедший век по праву считается веком урбанизации, демографический взрыв в XX столетии сопровождался интенсивным увеличением доли городского населения. Не принимая во внимание целиком урбанизированные города-государства (например, Гонконг и Сингапур), отметим, что в целом ряде промышленно развитых государств доля городского населения превысила 70 % (Великобритания — 92 %, Кувейт — 91, Израиль-90, Австралия — 85, Швеция — 83 % и т. д.). Процесс урбанизации имеет уже глобальный характер, т. е. является основным фактором преобразования географической оболочки Земли в целом. Несмотря на различные (большей частью отрицательные с точки зрения экологии человека) оценки этого, уже необратимого, процесса, бесспорным являются обусловленные этим процессом существенные изменения не только пространственно-архитектурных, но и социальных и биологических характеристик человека и среды его обитания.[ …]

Обмен веществом и энергией между первичными сферами содействовал их усложнению, взаимодействию и совместному развитию. Изменялось соотношение суши и моря, наступали и отступали ледники, менялся уровень океана и газовый состав атмосферы. Непрерывный поток солнечной энергии обеспечил оптимальный тепловой режим и особенно интенсивный обмен вещестб поверхностных слоев Земли. Наличие вещества в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), разнообразие видов свободной энергии, а впоследствии и возникновение жизни привели к образованию новой целостности — географической оболочки планеты.[ …]

Какие четыре сферы системы Земля?

Планета Земля состоит из четырех пересекающихся подсистем, которые содержат все земные массивы мира, водные источники, живые организмы и газы. Эти четыре подсистемы известны как сферы.

Географы разбивают системы Земли на четыре сферы, которые составляют воздух (атмосфера), вода (гидросфера), земля (геосфера) и живые организмы (биосфера).

Четыре системы Земли. Изображения: USGS, общественное достояние.

Три из этих сфер — абиотические, а одна — биотическая.Abiotic описывает вещества, которые сделаны из неживых материалов. Биотик относится к живым существам, таким как бактерии, птицы, млекопитающие, насекомые и растения.

В этой разбивке вся вода Земли включена в гидросферу. Сюда входят поверхностные воды (например, реки, озера и океаны), вода в земле, лед и снег, а также вода в атмосфере в виде водяного пара.

Атмосфера

Атмосфера Земли — это газовый слой, окружающий мир.Обычный термин для обозначения атмосферы — «воздух».

Атмосфера Земли удерживается вокруг планеты за счет силы тяжести.

Вид на атмосферу с улицы Чейн оф Кратер Роуд в Национальном парке вулканов Гавайев на Гавайях. Фото: USGS, общественное достояние.

Атмосфера Земли состоит из пяти основных слоев и шестого слоя, ионосферы, который перекрывает мезосферу, термосферу и экзосферу.

Нижний слой, который является ближайшим к Земле слоем, является самым плотным из пяти слоев.Этот слой известен как тропосфера. Это слой атмосферы Земли, в котором живут и дышат люди.

Тропосфера начинается на уровне земли и простирается до 10 километров в высоту.

Тропосфера также является слоем, где формируются почти все облака, потому что 99% воды в атмосфере Земли находится в этом слое.

Облака над Грин-Ривер, Национальный заповедник дикой природы Браунс-Парк. Фото: Джейсон Александр, Геологическая служба США. Всеобщее достояние.

Этот слой в основном состоит из смеси азота (78%), кислорода (21%) и аргона (0.9%). Кроме того, следовые газы (диоксид углерода, оксиды азота, метан и озон) составляют еще десятую долю процента.

Водяной пар, частицы пыли, загрязнители и пыльца также могут присутствовать в атмосфере на этом уровне.

Чем выше высота, тем тоньше атмосфера.

Следующий слой — стратосфера. Этот слой является слоем, содержащим озоновый слой Земли. В отличие от тропосферы, в стратосфере нет турбулентности. В отличие от воздуха в тропосфере, воздух в стратосфере нагревается выше в этом слое.

Над стратосферой находится мезосфера. Этот слой в атмосфере Земли является самым высоким слоем, в котором газы все еще перемешаны, а не наслоены. Мезосфера — это слой, в котором метеоры, попадающие в атмосферу Земли, распадаются. В мезосфере достаточно газов, чтобы создать трение, которое заставляет метеоры сгорать. Мы можем видеть их ночью как падающие звезды.

Атмосфера в термосфере очень тонкая. Температура может достигать 4500 по Фаренгейту из-за высокоэнергетических рентгеновских лучей и ультрафиолетового излучения Солнца.Для передачи этого тепла недостаточно молекул газа. В этом слое находятся многие спутники на околоземной орбите и Международная космическая станция.

Самый верхний слой атмосферы Земли — экзосфера. В этом слое очень тонкая атмосфера, содержащая такие газы, как водород и гелий.

Ионосфера — активная часть атмосферы Земли, которая перекрывает мезосферу, термосферу и экзосферу. Как и его название, ионосфера является ионизированной частью атмосферы Земли и находится на высоте от 48 км (30 миль) до 965 км (600 миль) над уровнем моря.Полярные сияния возникают в ионосфере, где частицы высокой энергии от Солнца взаимодействуют с атомами в этом слое.

Северное сияние над северо-западом Тихого океана в Соединенных Штатах. Изображение: астронавт НАСА Скотт Келли, сделанный с Международной космической станции, 20 января 2016 года.

В сумме пять основных слоев атмосферы Земли:

• Экзосфера: от 700 до 10 000 км (от 440 до 6200 миль)
• Термосфера : От 80 до 700 км (от 50 до 440 миль)
• Мезосфера: от 50 до 80 км (от 31 до 50 миль)
• Стратосфера: от 12 до 50 км (от 7 до 31 мили)
• Тропосфера: от 0 до 12 км (от 0 до 7 миль)

Пять основных слоев атмосферы Земли.Изображение: НАСА, общественное достояние.

Гидросфера

Вся вода на Земле вместе известна как гидросфера Земли. Это вода, содержащаяся в воздухе, почве, ледниках, океанах, реках, озерах и ручьях мира.

Вода присутствует во всех трех состояниях Земли: газе, жидкости и твердом теле.

Как газ, вода находится в атмосфере в виде водяного пара.

В жидкой форме вода находится в ручьях, реках, озерах, прудах и океанах вместе с туманом в воздухе и росой на поверхности земли.

Вода находится в твердой форме в виде льда и снега.

Океанская пещера на побережье острова Капри, Италия. Фото: Джон Дж. Мосессо, Геологическая служба США. Всеобщее достояние.

Литосфера

Литосфера содержит элементы земной коры и часть верхней мантии. Это твердый и жесткий внешний слой Земли. Термин взят от греческого слова lithos , означающего «скалистый». Эта часть Земли включает почву.

Литосфера Земли состоит из коры и части верхней мантии.Изображение: Шримадхав адаптировано из USGS, общественное достояние.

Биосфера

Биосфера охватывает все живые организмы на Земле.

По оценкам, в мире существует от 20 до 100 миллионов различных видов, организованных в 100 типов, составляющих пять царств форм жизни.

Эти организмы можно найти почти во всех частях геосферы. На Земле есть организмы в воздухе, почве и воде.

Сандхиллские журавли собираются вместе на лужайке в Медэривилле, штат Индиана.Фото: Джон Дж. Мосессо, Геологическая служба США. Всеобщее достояние.

Часы: Четыре сферы Земли

Земля разделена на две основные системы

Некоторых ученых, организованных из частей Земли, можно разделить на две основные системы. Эти две системы включают в себя все органическое и неорганическое вещество мира.

Все живые и неживые существа на Земле подпадают под одну из этих двух основных сфер, которыми являются геосфера и биосфера Земли.

Как и в случае с четырьмя системными организациями, биосфера представляет все живые организмы Земли.

Геосфера — это собирательное название атмосферы, литосферы, гидросферы и криосферы Земли. Атмосфера — это пространство над поверхностью Земли. Сюда входит и воздух, которым мы все дышим. Литосфера — это твердая часть Земли, такая как скалы и горы. Гидросфера — это жидкая вода, такая как реки, озера и океаны. Криосфера — это замерзшая вода на Земле, которая далее делится на четыре типа: ледники, снежный покров, плавучий лед и вечная мерзлота.

Землю можно разделить на две основные системы: геосферу и биосферу. Изображение: Джеймс А. Томберлин, Геологическая служба США, общественное достояние.

Ссылки

Спросите астронома . (нет данных). Крутой Космос. https://coolcosmos.ipac.caltech.edu/ask/64-What-is-the-atmosphere-of-Earth-made-of-

Слои земной атмосферы | Центр естественнонаучного образования UCAR . (нет данных). Центр естественнонаучного образования UCAR. https://scied.ucar.edu/atmosphere-layers

Внутри Земли [This Dynamic Earth, USGS] .(нет данных). Склад публикаций геологической службы США. https://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/inside.html

Уильямс Р.С. (нет данных). Система Земли . USGS. https://pubs.usgs.gov/pp/p1386a/pdf/notes/1-8hydrocycle_508.pdf

Мир перемен: глобальная биосфера . (2009, 5 июня). Земная обсерватория НАСА — Дом. https://earthobservatory.nasa.gov/world-of-change/Biosphere

Поделиться:

Системы Земли | Национальное географическое общество

Какая часть нашей планеты самая важная, главная причина, по которой Земля отличается от всех других планет Солнечной системы? Если бы 10 разных ученых-экологов задали этот вопрос, они, вероятно, дали бы 10 разных ответов.Каждый ученый может начать со своей любимой темы, от тектоники плит до тропических лесов и не только. В конце концов, однако, их коллективное описание, вероятно, затронет все основные особенности и системы нашей родной планеты. Оказывается, ни одна особенность не является более значимой, чем другие — каждая из них играет жизненно важную роль в функционировании и устойчивости системы Земли.

На Земле пять основных систем или сфер. Первая система, геосфера, состоит из внутренней части и поверхности Земли, которые состоят из горных пород.Ограниченная часть планеты, которая может поддерживать живые существа, составляет вторую систему; эти регионы называются биосферой. В третьей системе находятся области Земли, покрытые огромным количеством воды, называемые гидросферой. Атмосфера — четвертая система, и это газовая оболочка, которая согревает планету и обеспечивает кислород для дыхания и углекислый газ для фотосинтеза. Наконец, есть пятая система, которая содержит огромное количество льда на полюсах и в других местах, составляющих криосферу.Все пять этих огромных и сложных систем взаимодействуют друг с другом, чтобы поддерживать Землю такой, какой мы ее знаем.

При наблюдении из космоса одной из наиболее очевидных особенностей Земли является обилие воды. Хотя жидкая вода присутствует во всем мире, подавляющее большинство воды на Земле, колоссальные 96,5 процента, является соленой (соленой) и не является водой, которую люди и большинство других животных могут пить без обработки. Вся жидкая вода на Земле, как пресная, так и соленая, составляет гидросферу, но она также является частью других сфер.Например, водяной пар в атмосфере также считается частью гидросферы. Лед, будучи замороженной водой, является частью гидросферы, но ему дано собственное имя — криосфера. Реки и озера могут казаться более распространенными, чем ледники и айсберги, но около трех четвертей всей пресной воды на Земле заключено в криосфере.

Системы Земли не только перекрываются, но и взаимосвязаны; то, что влияет на одно, может повлиять на другое. Когда часть воздуха в атмосфере насыщается водой, на поверхность Земли могут выпадать осадки, такие как дождь или снег.Эти осадки соединяют гидросферу с геосферой, способствуя эрозии и выветриванию, поверхностным процессам, которые медленно разрушают большие породы на более мелкие. Со временем эрозия и выветривание превращают большие куски скал или даже горы в отложения, такие как песок или грязь. Криосфера также может быть вовлечена в эрозию, поскольку большие ледники вымывают куски породы из коренной породы под собой. Геосфера включает в себя все породы, из которых состоит Земля, от частично расплавленной породы под земной корой до древних высоких гор и песчинок на пляже.

И геосфера, и гидросфера обеспечивают среду обитания для биосферы, глобальной экосистемы, которая включает в себя все живые существа на Земле. Биосфера относится к относительно небольшой части окружающей среды Земли, в которой могут выжить живые существа. Он содержит широкий спектр организмов, включая грибы, растения и животных, которые живут вместе как сообщество. Биологи и экологи называют это разнообразие жизни биоразнообразием. Все живые существа в окружающей среде называются ее биотическими факторами.Биосфера также включает в себя абиотические факторы, неживые предметы, необходимые организмам для выживания, такие как вода, воздух и свет.

Атмосфера — смесь газов, в основном азота и кислорода, а также менее распространенных газов, таких как водяной пар, озон, углекислый газ и аргон, — также важна для жизни в биосфере. Атмосферные газы работают вместе, чтобы поддерживать глобальную температуру в приемлемых для жизни пределах, защищать поверхность Земли от вредного ультрафиолетового излучения солнца и позволять живым существам процветать.

Совершенно очевидно, что все системы Земли глубоко взаимосвязаны, но иногда эта связь может привести к вредным, но непредвиденным последствиям. Одним из конкретных примеров взаимодействия между всеми сферами является потребление ископаемого топлива человеком. Залежи этого топлива образовались миллионы лет назад, когда растения и животные — все составляющие биосферы — умирали и разлагались. В этот момент их останки были сжаты внутри Земли с образованием угля, нефти и природного газа, став частью геосферы.Теперь люди — члены биосферы — сжигают эти материалы в качестве топлива, чтобы высвободить содержащуюся в них энергию. Побочные продукты сгорания, такие как углекислый газ, попадают в атмосферу. Там они вносят свой вклад в глобальное потепление, изменяя и подвергая стрессу криосферу, гидросферу и биосферу.

Многие взаимодействия между системами Земли сложны, и они происходят постоянно, хотя их последствия не всегда очевидны. Есть несколько чрезвычайно ярких примеров взаимодействия систем Земли, таких как извержения вулканов и цунами, но есть также медленные, почти необнаруживаемые изменения, которые изменяют химический состав океана, состав нашей атмосферы и микробное биоразнообразие в почве.Каждая часть этой планеты, от внутреннего ядра Земли до верхних слоев атмосферы, играет роль в том, чтобы сделать Землю домом для миллиардов форм жизни.

Моделирование климатической оболочки для оценки ожидаемого воздействия изменения климата на исчезающие и находящиеся под угрозой исчезновения виды

Моделирование климатической оболочки — это один из видов моделирования, который может быть полезен для понимания реакции видов и среды обитания на изменение климата .

ПРОЕКТ ВЫПОЛНЕН

Научная проблема и актуальность: Изменение климата усилит угрозы, которые бросают вызов нашей способности восстанавливать, сохранять и защищать природные экосистемы и виды, которые от них зависят.Успешные стратегии сохранения потребуют понимания изменения климата и способности предсказывать, как оно повлияет на виды и среду обитания в различных масштабах. Моделирование как потенциальных изменений климата, так и реакции видов и местообитаний может повысить уверенность в управленческих решениях, помогая менеджерам понять диапазон возможных реакций видов и местообитаний при различных альтернативных вариантах будущего. Моделирование климатической оболочки — это один из видов моделирования, который может быть полезен для понимания реакции видов и среды обитания на изменение климата, поскольку оно определяет ключевые связи между движущими силами изменений (например,g., климат) и соответствующие ответы. Модели климатической оболочки описывают взаимосвязи между появлением видов и биоклиматическими переменными (температура и осадки), чтобы определить климатическую нишу вида (оболочку). Связи, полученные на основе современных данных, можно спрогнозировать на будущее, используя оценки ожидаемого изменения климата.

Изменение климата усилит угрозы, которые бросают вызов нашей способности восстанавливать, сохранять и защищать природные экосистемы и виды, которые от них зависят.

Методология решения проблемы: Модели климатической оболочки — это подмножество более общего семейства моделей распространения видов, которые коррелируют встречаемость или численность видов с климатическими переменными для создания пространственно-точных прогнозов потенциального распространения. Общий подход включает пять шагов: 1) получение данных о встречаемости видов и последующее разделение на подмножества «обучение» и «проверка»; 2) проверка статистических связей между явлением и климатом в наборе обучающих данных; 3) применение ассоциаций между явлением и климатом, выявленных в наборе обучающих данных, для прогнозирования распределения видов; 4) оценка эффективности прогнозов модели с использованием вхождений в наборе данных проверки; и 5) использование ассоциаций между встречаемостью и современными климатическими условиями для прогнозирования встречаемости видов в рамках будущих климатических прогнозов.

Модели климатической оболочки относятся к общему семейству моделей распространения видов.

Дальнейшие шаги: Мы планируем сделать следующий шаг в уточнении модели, добавив данные о земном покрове в видовые модели. Этот дополнительный уровень информации повысит точность наших моделей и позволит пользователям оценивать относительную силу климата по сравнению с неклиматическими факторами в распределении видов. Включая как климатические, так и наземные предикторы распределения видов, наши модели приближаются к моделированию истинного географического диапазона видов, а не более общей климатической оболочки.Наши цели заключаются в следующем: 1) Улучшить наши существующие модели климатической оболочки для видов T&E, чтобы они включали данные, описывающие современные ассоциации земного покрова, и производили пересмотренные результаты современного распределения; 2) Создание моделей, которые прогнозируют будущие сдвиги в естественном земном покрове в соответствии с двумя сценариями выбросов и тремя моделями глобальной циркуляции; и 3) Используя результаты задач 1 и 2, спрогнозируйте потенциальную реакцию видов на прямые последствия изменения климата (изменение количества осадков и температуры), а также косвенные эффекты изменения климата (сдвиги земного покрова).

Достижения в области географических наук и наук об окружающей среде

Достижения в области географических наук и наук об окружающей среде синтезируют серию диагностики и прогнозирования земной среды, включая сложные интерактивные области в экологической оболочке геосферы, биосферы, гидросферы, атмосферы и криосферы. Он касается изменения земельного покрова (LUCC) в землепользовании, урбанизации, потоков энергии, потоков суши и океана, климата, продовольственной безопасности, экогидрологии, биоразнообразия, стихийных бедствий и бедствий, здоровья человека и их взаимодействия и механизма обратной связи для содействия устойчивое будущее.Методы наук о Земле варьируются от традиционных полевых методов и традиционного сбора данных, использования дистанционного зондирования и географической информационной системы до компьютерных технологий для продвижения геостатистического и динамического моделирования.

Серия объединяет прошлое, настоящее и будущее геосферных атрибутов, включая биофизические и человеческие измерения в пространственно-временной перспективе. Науки о Земле, охватывающие взаимодействие суши, океана и атмосферы, считаются жизненно важным компонентом в контексте экологических проблем, особенно при наблюдении и прогнозировании загрязнения воздуха и воды, глобального потепления и городских тепловых островов.Важно сообщать о достижениях в области наук о Земле для повышения устойчивости общества путем наращивания потенциала для смягчения последствий стихийных бедствий и бедствий. Устойчивость человеческого общества сильно зависит от земной среды, и поэтому развитие наук о Земле имеет решающее значение для лучшего понимания нашей среды обитания и ее устойчивого развития.

Геонаука также обязана не ограничиваться решением текущих проблем, но также разрабатывает основу для решения будущих проблем.Чтобы построить «Модель Земли будущего» для понимания и прогнозирования функционирования всей климатической системы, необходимо сотрудничество экспертов в традиционных дисциплинах, связанных с землей, а также в области экологии, информационных технологий, приборов и сложных систем, через инициативы со стороны человека. геологи. Таким образом, геолокация человека становится ключевой политической наукой, способствующей развитию науки об устойчивости / выживании вместе с будущей земной инициативой.

Серия

«Успехи в области географических наук и наук об окружающей среде» публикует книги, содержащие новаторские подходы к решению проблем геонауки человека в самом широком смысле — книги этой серии должны быть посвящены истинному прогрессу в конкретной области или регионе.В серию входят монографии и отредактированные тома без ограничения номеров страниц.

Изменение климата и биоразнообразие — Любопытно

Холодной и суровой зимней ночью, в поле валунов под толстым слоем снега, в безопасности и уютно спит горный карликовый опоссум. Это может показаться странным, но именно снег согревает опоссума; Распушенный бесчисленными воздушными пузырями, неуплотненный снег изолирует землю и не дает теплу уйти в ночь.Под этим белым одеялом горный карликовый опоссум может впадать в зимнюю спячку.

Карликовый опоссум может быть уютным, но те из нас, кто заботится о его будущем, не могут позволить себе расслабляться. Это всего лишь один пример австралийского вида, который может потерять среду обитания перед лицом изменения климата. Биоразнообразие, лежащее в основе уникальных экосистем Австралии, находится под угрозой из-за повышения температуры суши и океана и изменения погодных условий.

Горный карликовый опоссум — один из многих видов, которым угрожает изменение климата.Источник изображения: Австралийские Альпы / Flickr.

Изменение климата

Мир накаляется. Возрастающие концентрации парниковых газов, таких как CO ₂ , в атмосфере Земли заставляют климатическую систему планеты сохранять больше энергии. Средняя температура поверхности Земли увеличилась примерно на 0,7 ° C с начала 20 ^{-х годов} века и, согласно последним прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, может повыситься на 1.6–4,3 ° C по сравнению с исходным уровнем 1850–1900 гг. К 2100 г.

Обратите внимание, что на приведенных выше цифрах используется компиляция как инструментальных, так и косвенных данных.

Ожидается, что воздействие повышенного содержания CO ₂ в атмосфере и изменения климатических условий будет включать:

• более частые экстремально высокие максимальные температуры и реже экстремально низкие минимальные температуры и более теплые зимние условия
• уменьшился снежный покров: спутниковые наблюдения показывают, что площадь планеты, покрытая снегом, уже уменьшилась на 10 процентов с 1960-х годов.
• Повышенная изменчивость климата с изменением как частоты, так и серьезности экстремальных погодных явлений
• Измененное распространение некоторых инфекционных болезней
• повышение уровня моря
• Повышенное закисление океана

Ожидается, что в Австралии значительно потеплеет климат.Ученые CSIRO прогнозируют, что к 2030 году средняя температура поднимется выше уровня 1990 года примерно на 0,7–0,9 ° C в прибрежных районах и примерно на 1–1,2 ° C во внутренних регионах. На таком теплом континенте, как Австралия, такое увеличение может иметь серьезные экологические последствия. Ожидается, что количество экстремальных дождей — например, ведущих к наводнениям — также увеличится, хотя в целом ожидается, что большая часть страны станет более засушливой в 21 ^гг. гг.

Сдвиги в климатических конвертах

Чтобы оценить влияние изменения климата на виды, ученые используют то, что они называют климатической оболочкой (иногда также называемой биоклиматической оболочкой), которая представляет собой диапазон температур, осадков и других связанных с климатом параметров, в которых в настоящее время существует вид. .

По мере потепления климата географическое положение климатических зон значительно изменится, возможно, даже до такой степени, что виды больше не смогут выживать в своих нынешних местах обитания. Таким видам необходимо будет следовать своим климатическим условиям, мигрируя в более прохладную и влажную среду, обычно в гору или на юг в южном полушарии. Морским видам также необходимо будет адаптироваться к более высоким температурам океана. Есть несколько хорошо задокументированных случаев вызванных климатом сдвигов в распределении растений и животных в северном полушарии, но меньше информации доступно по видам южного полушария.

Однако во многих случаях такая миграция может оказаться невозможной из-за неблагоприятных экологических параметров, географических или антропогенных барьеров и конкуренции со стороны видов, уже обитающих на территории. Горный карликовый опоссум особенно уязвим к потере среды обитания, связанной с изменением климата.

Хотя есть данные, свидетельствующие о том, что распространение некоторых животных, таких как летучие лисицы и птицы, реагирует на более высокие температуры в Австралии, часто бывает трудно отделить влияние климата от других факторов, влияющих на среду обитания.

Поскольку деятельность человека, особенно сельское хозяйство, а также поселение и промышленное развитие, расширилась за последние несколько столетий, естественная растительность, такая как леса, луга и пустоши, была вырублена на больших участках. Некогда обширные растительные сообщества были уменьшены в размерах и разбиты на более мелкие участки. Это сокращение и фрагментация среды обитания создает проблему, поскольку ограничивает способность многих видов мигрировать в районы с благоприятными условиями. Аналогичная проблема возникнет у видов, обитающих на горных вершинах, островах и полуостровах.

Вырубка лесов — это деятельность человека, которая оказывает огромное влияние на биоразнообразие. Это также способствует изменению климата, что еще больше влияет на среду обитания. Источник изображения: НАСА / Wikimedia Commons.

В целом, виды с ограниченными климатическими условиями, небольшими популяциями и ограниченной способностью к миграции, скорее всего, пострадают от быстрого изменения климата. Например, примерно 25 процентов австралийских эвкалиптов имеют распространение в районах, где средняя годовая температура колеблется менее 1 ° C.Даже относительно небольшое повышение средней температуры сместит климатические оболочки таких видов за пределы их нынешнего ареала. Моделирование предполагает, что к 2070 году большинство видов в наших охраняемых природных заповедниках и национальных парках столкнутся с новыми климатическими условиями, которых они не испытывали в своем историческом прошлом.

Угрозы биоразнообразию

Скачки температуры

Изменение климата повлияет на ряд видов физиологически.Есть свидетельства того, что некоторые виды физиологически уязвимы к скачкам температуры. Например, зеленый опоссум-кольцехвост, эндемичный вид тропических лесов Квинсленда, не может контролировать температуру своего тела, когда температура окружающей среды поднимается выше 30 ° C. Продолжительная волна тепла на севере Квинсленда может убить большую часть его населения.

Обесцвечивание кораллов

Повышение температуры поверхности моря является причиной увеличения явления, называемого обесцвечиванием кораллов.Это побеление кораллов, вызванное тем, что коралл изгоняет свои зооксантеллы, симбиотические фотосинтезирующие водоросли, которые живут в тканях кораллов и обеспечивают их необходимыми питательными веществами. Зооксантеллы также придают кораллам впечатляющую цветовую гамму. Зооксантеллы изгоняются, когда коралл испытывает стресс от факторов окружающей среды, таких как аномально высокая температура воды и / или загрязнение. Поскольку зооксантеллы помогают кораллам в производстве питательных веществ, их потеря может повлиять на рост кораллов и сделать кораллы более уязвимыми для болезней.Крупные события обесцвечивания произошли на Большом Барьерном рифе в 1998, 2002 и 2006 годах, что привело к значительному вымиранию кораллов в некоторых местах. Подкисление океана представляет собой еще одну проблему для кораллов, поскольку из-за него кораллам сложнее строить свой скелет.

Обесцвеченный коралл, вызванный стрессом окружающей среды. Источник изображения: Paul / Flickr.

Рост экстремальных явлений

Прогнозируемые изменения интенсивности, частоты и масштабов возмущений, таких как пожар, циклон, засуха и наводнение, вызовут стресс у существующей растительности и благоприятствуют видам, способным быстро колонизировать обнаженные территории.Во многих случаях это будет означать распространение чужеродных видов «сорняков» и серьезные изменения в распространении и численности многих местных видов. Волны тепла могут повлиять на биоразнообразие морских экосистем, как это было летом 2010–2011 годов на юго-западе Западной Австралии. Продолжительные периоды повышения температуры моря привели к остановке производства морских ушек и миграции китовых акул и скатов манта дальше на юг и восток, чем обычно.

Изменения количества осадков

Австралия — засушливый континент.Его растения и животные в основном хорошо приспособлены к засухе и разработали широкий спектр стратегий, позволяющих справиться с экстремальными климатическими условиями страны. Однако маргинальный характер окружающей среды означает, что даже незначительные изменения в структуре осадков могут иметь серьезные последствия для дикой природы. Бассейну Мюррей-Дарлинг (крупнейший водосборный бассейн Австралии) и юго-западу Западной Австралии уже угрожает соленость и другие экологические проблемы. Прогнозируемое уменьшение количества осадков и последующее снижение стока рек в обоих регионах окажут серьезное воздействие на водную биоту.Пресноводные водно-болотные угодья, такие как болота Маккуори на центральном западе Нового Южного Уэльса, а также лягушки, водоплавающие птицы, черепахи и другая водная жизнь, зависящая от них, также подвергаются риску из-за изменения качества и количества воды.

Изменение режима выпадения осадков может нанести ущерб земле, растениям и животным. Источник изображения: Виллем ван Акен / CSIRO Science Image.

Увеличение CO

₂ и рост растений

Основными ингредиентами фотосинтеза являются углекислый газ и вода.Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере вызывает увеличение скорости роста многих видов растений. Это хорошая новость для фермеров, но только если эффект «удобрения» углекислым газом сочетается с достаточной влажностью почвы и другими питательными веществами. Животные-листоеды, такие как коалы, могут оказаться не такими удачливыми: повышенная концентрация углекислого газа может снизить питательную ценность листвы.

Большое количество CO ₂ , выброшенное в атмосферу, было поглощено океанами.Это привело к снижению pH океана, что, в свою очередь, влияет на скорость, с которой многие морские организмы строят скелеты, а это означает, что рифы, поврежденные обесцвечиванием или другими агентами, будут восстанавливаться медленнее.

Повышение уровня моря

Согласно последнему отчету МГЭИК, к 2100 году прогнозируется повышение уровня моря на 26–98 сантиметров из-за теплового расширения океанов и таяния полярных ледяных шапок и ледяных щитов. В сочетании с последствиями штормовых нагонов, которые, как ожидается, будут более сильными в более теплом мире, это повышение уровня моря может угрожать многим прибрежным экосистемам.Также риску подвергаются мангровые леса и низинные пресноводные водно-болотные угодья в национальном парке Какаду.

Мангровые заросли и водно-болотные угодья в Национальном парке Какаду являются одними из областей, которым угрожает повышение уровня моря. Источник изображения: Пол Моррисон / Flickr.

Что будет означать быстрое вымирание видов для Австралии?

Согласно прогнозам, изменение климата в следующем столетии будет происходить быстрее, чем когда-либо за последние 10 000 лет.В сочетании с другими факторами, такими как продолжающаяся расчистка земель, это может означать вымирание видов даже более высокими темпами, чем когда исчезли динозавры около 65 миллионов лет назад. Некоторые виды, не находящиеся под непосредственной угрозой исчезновения, могут, тем не менее, страдать от уменьшения численности популяции, что приводит к уменьшению внутривидового генетического разнообразия (и, следовательно, к повышенной уязвимости).

Имеет ли значение, если вымирают многие виды? Конечно, мир был бы менее интересным местом с меньшим биоразнообразием, но повлияет ли он на нас?

Разнообразие видов увеличивает способность экосистем к таким вещам, как удерживание почв вместе, поддержание плодородия почв, доставка чистой воды в ручьи и реки, круговорот питательных веществ, опыление растений (в том числе сельскохозяйственных культур) и защита от вредителей и болезней — иногда это так называемые «экосистемные функции» или «экосистемные услуги».Утрата видов может снизить эту способность, особенно если в то же время быстро меняются условия окружающей среды. Возможно, что по мере изменения климата и исчезновения видов с территории мы увидим изменение некоторых функций экосистемы; это может означать дальнейшую деградацию земель, изменение продуктивности сельского хозяйства и снижение качества воды, доставляемой населению.

Адаптация к изменениям

Земля будет продолжать нагреваться в течение некоторого времени, даже если выбросы парниковых газов каким-то образом будут немедленно ограничены.Некоторые виды, в первую очередь микроорганизмы и беспозвоночные с коротким временем генерации, могут адаптироваться к изменяющимся условиям или развиваться в ответ на изменение климата. Но для многих, особенно тех, которые уже редки и населяют ограниченные климатические зоны, глобальное потепление может стать непреодолимой проблемой.

• Как некоторые виды уже отреагировали на изменение климата

  Стратегии адаптации не будут ограничиваться усилиями человеческого общества; некоторые виды могут уже адаптироваться — и эволюционировать — в ответ на изменение климата.Изменение климата, вероятно, всегда играло роль в эволюции, хотя ученые спорят о природе этой роли. По крайней мере, некоторые из данных неубедительны: например, исследования жуков в четвертичный период (последние 2 миллиона лет или около того) показывают, что жуки пережили изменение климата в прошлом, главным образом, расселяясь в новых средах, то есть следя за их жизнедеятельностью. климатические конверты.

  Эволюционные реакции

  Австралийские ученые обнаружили то, что, по их мнению, является эволюционной реакцией на быстрое изменение климата у плодовой мухи дрозофилы — вида, который часто используется в генетических экспериментах.Это насекомое несет ген под названием Adh; вариация этого гена, названная Adh ^s , как полагают, помогает насекомому выживать в засушливых условиях. Обычно Adhs более распространен в северной Австралии, где жарче и суше, но ученые обнаружили, что распространение гена сместилось на 400 км к югу — предположительно в ответ на повышение температуры и уменьшение количества осадков.

  Поведенческие реакции

  Ученые, изучающие взаимосвязь между сезонами года и биологическими явлениями, изучили долгосрочные записи показателей изменения от одного сезона к другому, таких как температура, количество осадков и количество часов солнечного света.Они обнаружили, что изменение климата изменило время года — весна наступает раньше, а осень длится дольше, и что дикая природа приспосабливается к этим изменениям, изменяя свое поведение. Ряд растений весной последовательно формируют бутоны и зацветают раньше, а время миграции и размножения птиц также изменилось.

В Австралии были подготовлены планы действий для ряда исчезающих видов, которые пытаются устранить возможные последствия глобального потепления.Например, план восстановления горного карликового опоссума, подготовленный Службой национальных парков и дикой природы Нового Южного Уэльса, включает разработку модели для иллюстрации пригодности среды обитания в текущих снежных условиях и для определения ключевых убежищ для опоссума в условиях прогнозируемых воздействий изменения климата. План действий, подготовленный правительством Австралийской столичной территории для северной лягушки-корробори, включает обязательство по скоординированной программе исследований фактического и потенциального воздействия глобального потепления на этот вид.

На национальном уровне изменение климата также стало центральным элементом Австралийской стратегии сохранения биоразнообразия на 2010–2030 годы. Этот новый план направлен на устранение угроз и повышение устойчивости экосистем Австралии, чтобы помочь им адаптироваться к изменению климата и другим угрозам. План пытается вовлечь всех австралийцев в биоразнообразие и предлагает конкретные и измеримые шаги по развитию устойчивости экономически эффективным способом. К сожалению, угрозы, связанные с изменением климата, продолжают возрастать из-за неспособности правительств во всем мире достичь консенсуса относительно сокращения выбросов CO ₂ и других парниковых газов до уровней, ограничивающих воздействие на биоразнообразие.

Некоторые последствия изменения климата могут быть внезапными, но во многих случаях у общества будет несколько лет, чтобы адаптировать свое управление биоразнообразием по мере изменения условий. Углубление нашего понимания последствий изменения климата для биоразнообразия и разработка практических способов смягчения таких последствий имеют решающее значение для ограничения ущерба. Но даже в этом случае опасность велика — как для людей, так и для наших местных растений и животных. Не только горные карликовые опоссумы могут потерять свое одеяло безопасности.

56_9545d2e45a_o.jpg» alt = «»>

открывалка

Лягушка корробори обитает в небольшом районе Нового Южного Уэльса и Виктории. Планируются дальнейшие исследования, чтобы оценить, как глобальное потепление может повлиять на этот угрожаемый вид.Изображение предоставлено: Австралийские Альпы на Flickr.

Открытие климатического конверта не выявляет макромасштабных ассоциаций с климатом у европейских птиц

Реферат

Предсказание того, как распространение видов может измениться при глобальных климатических изменениях, имеет основополагающее значение для успешной адаптации природоохранной политики. Все большее количество исследований дает ответ на этот вызов, используя климатические конверты, моделируя связь между климатическими переменными и распределением видов.Однако трудно количественно оценить, насколько хорошо виды действительно соответствуют климату. Здесь мы используем нулевые модели, чтобы показать, что ассоциации между видами и климатом, обнаруженные методами климатической оболочки, не лучше случайности для 68 из 100 европейских видов птиц. В соответствии с прогнозами, мы показываем, что виды, пределы распространения которых определяются климатом, имеют более северные ареалы. Мы пришли к выводу, что научные исследования и политика адаптации к изменению климата, основанная на неизбирательном использовании методов климатической оболочки, независимо от чувствительности видов к климату, могут вводить в заблуждение и нуждаться в пересмотре.

Поскольку глобальный климат теплый, распространение некоторых видов смещается вверх и к полюсу (1, 2). Прогнозирование реакции отдельных видов на изменение климата позволяет оценить риск исчезновения и пространственное планирование природоохранной деятельности (3, 4). Климатические оболочки (или концепция климатической ниши) — это используемые в настоящее время методы прогнозирования распределения видов в условиях изменения климата, и их использование быстро растет во многих областях экологии (5–7). Однако, хотя методы и предположения о климатической оболочке критиковались как экологически и статистически наивные (8, 9), количественной оценки важности этих критических замечаний не существует.

Поскольку утверждение о том, что климат влияет на распределение видов (8), является аксиомой, подход климатической оболочки, заключающийся в согласовании распределений с климатом, по сути является привлекательным. Однако использование таких упрощенных моделей рискованно как по биологическим, так и по статистическим причинам: существует множество причин, по которым распределение видов может не соответствовать климату, включая биотические взаимодействия (10), адаптивную эволюцию (11), ограничение распространения (12) и исторические факторы. шанс (13). Хотя дебаты начались до нынешнего бурного роста исследований климатической оболочки (8, 9), не осталось количественной информации, которая позволила бы оценить, насколько хорошо или даже соответствует ли распределение видов климату.Здесь мы количественно оцениваем соответствие распределения видов окружающей среде, генерируя синтетические распределения видов, которые сохраняют пространственную структуру в наблюдаемых распределениях, но размещаются случайным образом по отношению к климату.

В идеале предсказания моделей климатической оболочки должны быть проверены на полностью независимом наборе данных (14, 15), и для этого были предприняты некоторые попытки, как путем прогнозирования потенциального распространения интродуцированных видов на новых континентах (16), так и с помощью обратное предсказание (ретроспективное прогнозирование) доисторических распределений, реконструированных по летописи окаменелостей (17).К сожалению, действительно независимые данные обычно недоступны, поэтому полезность модели климатической оболочки обычно измеряется тем, насколько хорошо она соответствует подмножеству текущего распределения видов, зарезервированному для оценки (8). Это совпадение обычно оценивается с помощью площади под рабочей кривой приемника (AUC) (18) или других критериев согласия, таких как Каппа Коэна (19). Виды с текущим распределением, которые плохо моделируются с помощью климатических конвертов, будут иметь низкие оценки согласия и, как считается, с меньшей вероятностью будут ограничены климатом.Поскольку сообщаемые оценки согласия часто бывают высокими, широко признано, что климат действительно определяет распределение многих видов, что позволяет предположить, что прогнозы будущего распространения на основе климатической оболочки должны быть надежными (4, 8, 19). К сожалению, самая популярная статистика согласия (AUC) может быть обманчиво высокой (18), но не было попыток количественно оценить, как часто высокие оценки согласия и, следовательно, якобы хорошие совпадения между распределением и климатом, может произойти случайно.Следовательно, степень, в которой виды действительно ограничены климатом, остается нерешенной. Вероятно, основные причины, по которым это не было исследовано на сегодняшний день, — это концептуальные и технические проблемы, возникающие при формулировании нулевых моделей для пространственно автокоррелированных паттернов (20).

Разработка надлежащим образом ограниченных нулевых моделей предлагает интуитивно понятный метод оценки масштаба этой проблемы: если климатические конверты соответствуют реальным распределениям видов не лучше, чем распределения нулевых моделей, мы должны сделать вывод, что климатические конверты вводят в заблуждение (21).В качестве альтернативы, если реальные климатические конверты являются значительным улучшением нулевых моделей, мы должны сохранять уверенность в их прогнозах. Что же тогда является подходящей нулевой моделью? Подходящая нулевая модель — это паттерн, который сохраняет все в реальном паттерне, но исключает только интересующий фактор (21): в данном случае климат. Нулевое распределение, подразумеваемое в непространственных статистических методах, используемых в текущих методологиях климатических конвертов, представляет собой полную пространственную случайность: соответствие между климатом и случайным разбросом присутствия / отсутствия по территории исследования.Такая нулевая модель явно неуместна, поскольку все распределения видов демонстрируют автокорреляцию, которая потенциально может быть связана как с внутренними факторами, такими как расселение, так и с внешними факторами, такими как климат, землепользование и другая антропогенная деятельность (20). Действительно, даже нейтральные модели предсказывают, что распределение видов будет автокоррелированным (22).

Лучшее нулевое распределение будет сгенерировано простым вырезанием и вставкой истинного распределения на другой участок карты с новым местоположением и ориентацией, выбранными случайным образом.Это явно будет идентично по структуре автокорреляции истинному распределению, но любые причинно-следственные связи, ограничивающие исходное распределение, будут нарушены. На практике реальная география формы континентов делает такое вырезание и вставку невозможным без наложения необоснованных ограничений на новое местоположение: в противном случае части нового распределения могут упасть в море. Следовательно, вместо случайного разброса присутствий или вырезания и вставки реального распределения простейшая подходящая нулевая модель включает моделирование шаблонов распределения, которые имеют такую ​​же распространенность и ту же пространственную структуру, что и фактические распределения, но не имеют детерминированной связи с представляющие интерес ковариаты (23), в данном случае климатические переменные (рис.1).

Рис.1.

Выходные данные алгоритма нулевого распределения. ( A ) Реальное распространение ( Serinus serinus ) с присутствием, обозначенным черным, отсутствие — серым. ( B и C ) Две реализации нулевого распределения. ( D ) Вариограммы реального распределения (черный) и 99 результатов моделирования (тонкий серый): обратите внимание, что реальное распределение полностью попадает в нулевые распределения.

Результаты

Используя данные о европейском распространении 100 видов птиц (24), мы создали 99 синтетических схем распространения для каждого вида.Для каждого из 100 видов мы подогнали модели климатической оболочки как к истинному распределению, так и к 99 смоделированным распределениям, используя стандартные климатические переменные (1, 14, 19). Показатели AUC для наблюдаемого распределения видов были аналогичны показателям других опубликованных исследований (диапазон 0,71–0,994; медиана 0,869; вспомогательная информация (SI), таблица S1) (19, 25–27), но они вошли в пятерку лучших. из 99 симуляций только для 32 видов (рис. 2 A , виды со значительными структурами идентифицированы в таблице S1).На эти результаты существенно не влияет выбор уровня значимости, предпочтительная статистика согласия или выбор климатических переменных (количество значимых закономерностей: диапазон 18–52; медиана 33; таблица S2).

Рис. 2.

Гистограммы ранжированных климатических конвертов AUC для 100 моделей распределения среди 99 нулевых моделей. ( A ) Распространение 100 реальных видов. ( B ) 100 полудетерминированных шаблонов, используемых в анализе мощности. Черная полоса указывает количество видов, для которых показатель AUC для распределения интереса попал в первые 5% рандомизации: 32 вида для реальных видов, 72 для анализа мощности.

Кроме того, поскольку широко распространено мнение, что климат оказывает более сильное влияние в более экстремальных условиях (28, 29), мы предсказали, что эти 32 вида будут иметь более северное распространение, чем те, которые не соответствовали лучше, чем нулевые модели: эффект очевиден. в наших данных даже после учета потенциально мешающих эффектов доли глобального распределения, содержащейся в исследуемой области (рис.3; F _1,96 = 10,8, P = 0.001).

Рис. 3.

Коробчатая диаграмма средних широт ареалов видов, которые плохо или хорошо соответствуют климатическим условиям. Медиана обозначена черной линией, а первый и межквартильный размах — прямоугольником. Усы покрывают весь спектр данных.

Эти результаты потенциально вызывают серьезную озабоченность, но прежде чем сделать вывод о том, что> 60% наших климатических диапазонов вводят в заблуждение, важно оценить возможности наших методов нулевой модели для выявления строго детерминированных закономерностей.Возможно, неспособность обнаружить совпадения между распределением видов и климатом связана с недостаточной информацией и плохим статистическим моделированием, а не с истинным отсутствием связи. Следовательно, мы сгенерировали 100 смоделированных распределений, которые имели ту же распространенность, что и 100 реальных видов, но идеально соответствовали климату. Используя эти шаблоны, мы повторили нашу процедуру нулевой модели, сгенерировав 99 симуляций с аналогичной пространственной структурой и распространенностью для каждой модели и приспособив климатические диапазоны ко всем детерминированным и смоделированным распределениям.Мы обнаружили, что 99 из этих 100 смоделированных видов, идеально соответствующих климату, имели показатели AUC, входящие в пятерку лучших нулевых моделей, демонстрируя, что наш метод правильно определяет образец, показывающий детерминированный климатический сигнал в выборке нулевых европейских распределений. Затем мы сгенерировали 100 смоделированных распределений видов как с детерминированным компонентом, так и с компонентом добавленного шума (компонент шума составлял от 80% до 20% распределения) и повторили процесс.Здесь показатели AUC для детерминированных паттернов попали в первую пятерку из 99 распределений с добавленным шумом для 72 видов (рис. 2 B ). Полная информация об анализе мощности доступна как SI Text , но наш метод правильно идентифицировал шаблоны, которые были по крайней мере на 50% детерминированным сигналом в 96% случаев (рис. S1).

Обсуждение

Наши результаты представляют собой количественную оценку того, в какой степени широко используемые подходы климатической оболочки соответствуют цели.То, что мы используем те же данные о климате и видах, что и в других известных исследованиях (3, 4, 26), и обнаруживаем, что большинство климатических моделей не лучше случайных ассоциаций, вызывает серьезную озабоченность. Поскольку наш анализ мощности предполагает, что наш метод с высокой вероятностью определяет модели распределения, которые в значительной степени определяются климатом, мы уверены, что распределение большинства птиц в нашем исследовании не сильно связано с климатическими переменными, доступными в настоящее время.

Можно возразить, что оценка статистической значимости моделей климатической оболочки неуместна: в своей простейшей форме климатические оболочки широко используются в экологии просто как описательная характеристика нишевого пространства.Однако, однажды использованные для прогнозирования, важно, чтобы модели были фальсифицируемыми, потому что прогнозы на основе моделей климатической оболочки могут влиять на решения (7). Например, опубликованные прогнозы для шотландского эндемика Loxia scotica предполагают, что этот вид может потерять все подходящее климатическое пространство и ему придется переехать в Исландию, чтобы избежать глобального исчезновения (19). Перед лицом таких прогнозов и ограниченных природоохранных ресурсов было бы рационально принять неизбежное исчезновение этого вида.Однако наши результаты показывают, что, хотя степень согласия для нашей модели распространения этого вида чрезвычайно высока (например, AUC = 0,988), эта модель не лучше, чем случайная ассоциация: это определенно не та модель, которая должна проинформируйте политику.

Означает ли это, что ортодоксальная точка зрения о том, что распределение птиц на макроуровне определяется климатом, неверна? Появляется все больше свидетельств того, что требуется более осторожный подход к прогнозированию климатических воздействий, основанный на наблюдениях за тем, что биотические взаимодействия могут подавлять прямые воздействия климата (30) и что изменение климата происходит на сложном фоне изменения землепользования и фрагментации среды обитания. также необходимо учитывать (31).Наше наблюдение, что северные виды с большей вероятностью будут иметь распространение, которое в значительной степени определяется климатом, может быть связано с ожидаемым большим влиянием абиотических факторов в северных климатах, но также может отражать большее влияние человека на среду обитания и распространение в более южных регионах ( 32). Прямое преследование видов хищных птиц, таких как красный коршун Milvus milvus , уничтожило его на большей части его естественного ареала в Западной Европе, в то время как распределение сельскохозяйственных специалистов, таких как круглая овсянка Emberiza cirlus , должно было быть совершенно другим до появления появление современного сельского хозяйства (24).Другие исторические факторы могут аналогичным образом повлиять на текущее распределение европейских птиц. Несмотря на эту врожденную неопределенность, кажется вероятным, что существуют настоящие биологические причины различий между видами в степени, в которой их распространение связано с климатом: было высказано предположение, что виды водно-болотных угодий хуже предсказываются климатическими условиями, чем наземные виды (19 ), а виды-мигранты менее подвержены влиянию зимних условий, чем жители (33). Наши данные, однако, не показывают закономерностей предсказуемости ни по водно-болотным угодьям, ни по предпочтениям наземной среды обитания, ни по статусу мигрантов (Таблица S1).

Применив наши методы к другим таксонам в различных регионах, где доступны более широкие диапазоны широт, можно будет дополнительно оценить, действительно ли климатические пределы действительно слабее, чем предполагалось, по сравнению с биотическими взаимодействиями. С другой стороны, климатические эффекты могут быть скрыты за значительным антропогенным воздействием. Возможно также, что степень, в которой распространение видов подвержено климатическим ограничениям, не является глобальным свойством распространения, а варьируется в пространстве; Было высказано предположение, что пределы распространения в направлении к полюсу более чувствительны к климату, чем более экваториальные пределы (34).Было бы относительно просто адаптировать наши методы для проверки этой гипотезы.

Существует ряд возможных артефактических причин, которые также могут объяснить, почему биоклиматические оболочки не могут обнаружить значимые климатические ассоциации. Возможно, например, что наши результаты являются просто следствием качества имеющихся в настоящее время данных: климатические данные основаны на интерполяции метеорологических станций, потенциально удаленных от интересующего места, тогда как данные об организмах могут быть подвержены смещению наблюдателя.Например, действительно ли большие дыры в распределении Serinus serinus в восточной Франции и юго-восточной Испании (рис.1) представляют собой настоящие пробелы, которые определяются неподходящими местными условиями окружающей среды, не показанными текущими климатическими поверхностями, или они просто области с плохой охват наблюдателями? На эти вопросы сейчас сложно ответить. Кроме того, использование сетки 50 × 50 км воспроизводит большинство эквивалентных анализов, но является грубым инструментом в таких регионах, как Альпы и Пиренеи, где средний климат в этом масштабе плохо отражает условия, наблюдаемые на большей части площади (почти 10 % ячеек усредняется при значительной изменчивости высоты).Будет интересно посмотреть, может ли более мелкомасштабный анализ улучшить наши текущие результаты, но независимо от того, действительно ли распределение птиц обусловлено климатом, мы обнаружили, что, используя лучшие доступные наборы данных и одну из самых известных таксономических групп в настоящее время мы не можем построить полезные модели распространения для многих видов.

Хотя мы подобрали климатические диапазоны, которые по степени согласия схожи с теми, которые опубликованы в литературе, такая степень точности модели также была возможна для многих нулевых распределений, которые не имели никакого отношения к климату, но поддерживали распространенность и пространственную автокорреляцию реальных видов. раздачи.Поскольку считается, что птицы в равной степени связаны с климатом, как и другие группы видов и трофические уровни (26), наши результаты ставят под сомнение предсказания моделей климатической оболочки для всех таксонов, хотя кажется вероятным, что дальнейшие исследования могут выявить различия между эктотермиями и эндотермы (35). Таким образом, мы делаем вывод, что многие, если не большинство, опубликованных климатических конвертов могут быть не лучше, чем ожидалось, исходя из одних только случайных ассоциаций, ставя под сомнение значение многих опубликованных исследований.Мы рекомендуем, чтобы в будущей работе с биоклиматическими оболочками учитывалась вероятность того, что распространение многих видов может совпадать с климатом только случайно.

Материалы и методы

Данные о птицах.

Данные о видах включали наличие («вероятные» и «подтвержденные» записи о размножении) / отсутствие в квадратах 50 × 50 км для 100 местных видов птиц, взятых из Европейского Атласа гнездящихся птиц к западу от 30 ° в.д., за исключением Свальбарда и Азорских островов (24 ). Мы выбрали 100 видов, использованных в этом анализе, на основе трех критериев: во-первых, были включены все европейские эндемики.Во-вторых, мы включили все виды, более 60% мирового распространения которых приходятся на исследуемую территорию. В-третьих, оставшиеся виды были отобраны случайным образом (список видов представлен в Таблице S1 вместе с резюме их распространения и результатов анализа). Причина включения была записана как мера эндемизма, которая будет использоваться в более поздних анализах.

Климатические данные.

Мы использовали три климатических параметра, популярных в исследованиях климатической оболочки птиц (1, 14, 19): годовые градусо-дни роста> 5 ° C, средняя температура самого холодного месяца и доступность почвы в воде.Кроме того, поскольку градусо-дни роста и средняя температура самого холодного месяца сильно коррелированы, мы использовали коэффициент вариации средней месячной температуры (K), меру континентальности. Маловероятно, что все эти переменные имеют прямое влияние на все виды птиц, но считается, что они оказывают сильное косвенное влияние на птиц и другие таксоны, влияя на доступность пищи или тип среды обитания (1, 19). Альтернативные климатические переменные обычно сильно коррелируют с одной или несколькими из этих переменных, и мы не обнаружили существенных различий в наших результатах при использовании двух альтернативных комбинаций климатических переменных, также иногда используемых в исследованиях птиц: (–) средняя температура самого жаркого месяца, средняя температура самого холодного месяца, среднее количество морозных дней и отношение фактической эвапотранспирации к потенциальной годовой, а также ( ii ) градусо-дней роста, средняя температура самого холодного месяца, сезонные колебания количества осадков (коэффициент вариации в месячных среднее количество осадков) и среднемесячное количество осадков (см. раздел о соответствии в SI Text , где эти наборы данных называются наборами климатических данных 2 и 3, соответственно).Среднемесячные климатические переменные с 1961 по 1990 год были доступны с разрешением 0,5 ° для всей исследуемой области [набор данных CRU CL 1.0 (36)] и были спроецированы на 50-километровый набор данных о птицах с использованием обычного кригинга, предполагающего экспоненциальную пространственную структуру. Параметры почвы были доступны во всем мире с разрешением 1 ° [набор данных WISE.AWC (37)], были интерполированы на квадраты размером 50 км и объединены с климатическими переменными (38).

Алгоритм нулевой модели.

Нулевые модели распределения видов были построены на основе реальных распределений видов, чтобы сохранить как распространенность, так и структуру автокорреляции, основываясь на опубликованном методе (23).Этот метод использует «статистику слипания», которая измеряет условную вероятность присутствия в одном квадрате с учетом присутствия / отсутствия в соседних квадратах. Начиная со случайного разброса требуемой распространенности, алгоритм неоднократно меняет местами пары квадратов (один с присутствием, другой с отсутствием) и сравнивает статистику слипания симуляции со статистикой реального образца, постепенно сгруппировывая квадраты до тех пор, пока не будет достаточного совпадения. . Достаточность оценивается с помощью вариограммы.В документированном коде ( SI, приложение ) мы расширяем этот метод для больших областей и нерегулярных данных. Вкратце, мы также используем условную вероятность, чтобы оценить, улучшают ли изменения соответствие между симуляцией и реальными наборами данных, но расширяем ее от квадратов, которые являются просто первыми соседями, до квадратов в 10 отдельных классах расстояний. Наш алгоритм продолжается до тех пор, пока не будет достигнута сходимость (23) или пока не будет выполнено 10 000 итераций. Для выполнения 10000 итераций требуется> 1 часа компьютерного времени (Dell Precision PWS690, 2.66 ГГц, 3 ГБ ОЗУ), ограничивая количество нулевых моделей до 99 для каждого вида. В большинстве упражнений с нулевой моделью используется 999 или даже 9999 имитаций для получения более точных значений P , но использование меньшего количества не приводит к смещению.

Этот метод приведет к эффекту средней области, при котором квадраты в центре Европы будут чаще составлять часть нулевого распределения, чем квадраты по краю исследуемой области (39). Теоретически это может привести к нулевому распределению видов с преобладанием, близким к 0.5 более регулярно перекрываются с истинным распределением, что, возможно, затрудняет обнаружение различий между нулевым и реальным распределениями. Однако это не относится к нашим данным (подробно описанным в анализе мощности ниже). Хотя наш метод сохраняет распространенность и пространственную автокорреляцию, он явно не сохраняет степень встречаемости для нулевых распределений. На практике мы обнаружили, что площадь наименьшего выпуклого многоугольника, охватывающего все реальное распределение, попадает в 95% диапазон нулевых распределений для всех, кроме 14 реальных распределений.Поскольку эти 14 видов не отличались от остальных видов по частоте, с которой модели их распределения были лучше, чем нулевые распределения (χ ² = 0,24, df = 1, P = 0,63), никакого воздействия не наблюдалось. явное сохранение степени распространения несущественно.

Методы климатической оболочки.

Все анализы проводились с использованием R v 2.6.0 (40) (код см. В приложении SI ). Методы климатической оболочки следуют за BIOMOD (41), подбирая обобщенные аддитивные модели (GAM), нейронные сети (ANN) и обобщенные линейные модели (GLM) к каждому набору данных.Для реального и 99 смоделированных распределений каждого вида мы подогнали климатические конверты к случайному отбору 70% данных и оценили соответствие между прогнозируемым и фактическим распределением в оставшихся 30% данных, используя оценки AUC и Kappa (κ) ( 41). Для каждого вида мы использовали ранговые значения AUC и κ для реального распределения среди 99 моделирования, чтобы оценить, было ли реальное распределение лучше, чем моделируемые распределения. Поскольку все три метода моделирования и все четыре критерия согласия соответствовали друг другу ( SI Text ), мы сосредоточимся здесь на моделях ИНС и показателях AUC, методах, которые регулярно отдают предпочтение в сравнительных исследованиях (26, 42).

Мы использовали логистическую регрессию, чтобы определить влияние средней широты распространения вида на то, соответствует ли реальное распределение видов лучше, чем моделируемое. Чтобы контролировать возможные мешающие эффекты, мы включили фактор, определяющий причину, по которой вид был включен в выборку (показатель эндемизма), в качестве мешающей переменной, хотя этот термин не повлиял на результаты.

Анализ мощности.

Для каждого реального распределения видов мы сгенерировали две модели с той же распространенностью, что и у реальных видов, одна полностью определяется климатическими переменными, а другая содержит элемент шума.(Полная информация об этих методах и коде для генерации этих шаблонов представлена ​​как SI Text .) Для создания детерминированных шаблонов мы случайным образом выбирали пределы распределения по всем осям климата и расширяли или сужали климатические пределы до тех пор, пока не было достигнуто необходимое количество присутствий. Мы сгенерировали зашумленные паттерны, начиная с 100 паттернов, полностью определяемых климатом, как и раньше. Затем мы позволили «виду» рассредоточиться по всем квадратам, соседствующим с квадратом присутствия (создавая присутствие в квадратах, которые климатически неблагоприятны).Затем мы разрушили эти более широкие шаблоны, последовательно удаляя присутствия, пока не вернулись к исходной распространенности. Мы выбрали присутствия для удаления, сравнив пространственную структуру образца с таковой у реальных видов, используя условные вероятности, создавая пробелы в распределениях, которые приближались к образцам, показанным реальными видами. Это эквивалентно виду, у которого требования к среде обитания выходят за рамки одного лишь климата, и это гарантирует, что это распространение имеет пробелы в климатически благоприятных районах.Для каждого из этих паттернов мы записали долю исходного детерминированного паттерна, которая осталась в окончательном паттерне, как показатель отношения сигнал / шум. В реальных распределениях видов мы плохо понимаем истинное отношение сигнал / шум, хотя для надежного предсказания будущего распределения на основе климатических конвертов сигнал должен быть сильным по сравнению с шумом (19). Мы использовали каждую модель, как если бы они были реальным распределением видов, построив 99 симуляций с аналогичной пространственной структурой и приспособив климатические зоны ко всем, как указано выше.

Благодарности

Мы благодарим Европейский совет по переписи птиц за доступ к данным о распределении гнездящихся птиц в Европе, а также Р. Пакмана, Дж. Перес-Барберия, П. Годдарда, М. Брюера и анонимных рецензентов за их комментарии к рукописи. Этот проект финансировался Управлением исследований и анализа сельских районов и окружающей среды правительства Шотландии.

Сноски

• * Кому следует направлять корреспонденцию. Эл. Почта: c.beale {at} macaulay.ac.uk

• Вклад авторов: C.M.B., J.J.L. и A.G. спланировали исследования; C.M.B. проведенное исследование; C.M.B. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; C.M.B. проанализированные данные; и C.M.B., J.J.L. и A.G. написали статью.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/cgi/content/full/0803506105/DCSupplemental.

• © 2008 Национальная академия наук США

NetLogo 6.2.0 Руководство пользователя: Gis Extension

NetLogo 6.2.0 Руководство пользователя: Расширение Gis

Это расширение добавляет поддержку ГИС (географических информационных систем) в
NetLogo. Предоставляет возможность загружать векторные данные ГИС (точки,
линии и полигоны) и растровые данные ГИС (сетки) в вашу модель.

Расширение поддерживает векторные данные в виде шейп-файлов ESRI.
Формат шейп-файлов (.shp) является наиболее распространенным форматом для хранения и
обмен векторными данными ГИС. Расширение поддерживает растровые данные в
форма файлов ESRI ASCII Grid.Файл сетки ASCII (.asc или .grd)
не так распространен, как шейп-файл, но поддерживается как обмен
формат большинства ГИС-платформ.

Как использовать

Как правило, вы сначала определяете преобразование между пространством данных ГИС.
и пространство NetLogo, затем загружать наборы данных и выполнять различные операции
на них. Самый простой способ определить преобразование между пространством ГИС
и пространство NetLogo должно взять объединение «конвертов»
или ограничивающие прямоугольники всех ваших наборов данных в пространстве ГИС и на карте
что прямо к границам мира NetLogo.См. Общие сведения о ГИС
Примеры для примера этой техники.

Вы также можете дополнительно определить проекцию для пространства ГИС в
в каком случае наборы данных будут повторно спроектированы, чтобы соответствовать этой проекции, как
они загружаются, если каждый из ваших файлов данных имеет связанный
.prj файл, описывающий проекцию или географические координаты.
система данных. Если связанный файл .prj не найден,
расширение будет предполагать, что набор данных уже использует текущий
проекция, независимо от того, что это за проекция.

После определения системы координат вы можете загружать наборы данных, используя
gis: load-dataset. Этот примитивный
сообщает либо VectorDataset, либо RasterDataset, в зависимости от того, что
тип файла, который вы ему передаете.

VectorDataset состоит из набора VectorFeatures, каждый из которых
из которых точка, линия или многоугольник вместе с набором свойств
значения. Один VectorDataset может содержать только один из трех
возможные типы функций.

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать с VectorDataset: попросите его
названия свойств его функций, спросите его
«Конверт» (ограничивающий прямоугольник), попросите список всех
VectorFeatures в наборе данных, найдите один VectorFeature или
список VectorFeatures, значение которых для определенного свойства меньше
чем или больше определенного значения, или находится в пределах данного
диапазон или соответствует заданной строке с использованием подстановочного знака
(«*», Что соответствует любому количеству вхождений любого
символы).Если VectorFeatures являются полигонами, вы также можете применить
значения определенного свойства функций набора данных для
заданная переменная патча.

Есть также несколько вещей, которые вы можете делать с VectorFeature из
VectorDataset: спросите у него список списков вершин, спросите у него
значение свойства по имени, запросите его центроид (центр тяжести),
и запросить подмножество данного набора агентов, агенты которого пересекают
учитывая VectorFeature. Для данных точек каждый список вершин будет
одноэлементный список.Для линейных данных каждый список вершин будет представлять
вершины линии, составляющей этот объект. Для полигональных данных каждый
список вершин будет представлять собой одно «кольцо» многоугольника, а
первая и последняя вершины списка будут одинаковыми. Вершина
списки состоят из значений типа Vertex, а центроид будет
также значение типа Vertex.

Также существует ряд операций, определенных для наборов растровых данных.
В основном это включает выборку значений в наборе данных или
повторная выборка растра с другим разрешением.Вы также можете применить
растр в заданную переменную патча и сворачиваем растр, используя
матрица произвольной свертки.

Пример кода: Общие примеры ГИС содержат общие примеры
как использовать добавочный номер

Пример кода: Пример градиента ГИС является более продвинутым
пример анализа набора растровых данных.

Известные проблемы

Значения типа RasterDataset, VectorDataset, VectorFeature и
Вершины не обрабатываются должным образом export-world и
импорт-мир .Чтобы сохранить наборы данных, вы должны использовать
gis: магазин-набор данных примитив.

В настоящее время нет возможности отличить положительную зону
Многоугольники «оболочки» из «дыры» с отрицательной площадью
многоугольников, или чтобы определить, какие отверстия связаны с какими
снаряды.

кредитов

Основным разработчиком расширения ГИС был Эрик Рассел.

Расширение ГИС использует несколько программ с открытым исходным кодом.
библиотеки. Для получения информации об авторских правах и лицензии на них см.
раздел об авторских правах руководства.В
расширение также содержит элементы, заимствованные из My World GIS.

Эта документация и примеры моделей NetLogo находятся в открытом доступе.
домен. Само расширение ГИС является бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом.
Подробности смотрите в файле README.md в каталоге extension / gis.

Мы будем рады услышать ваши предложения по улучшению ГИС.
расширение или просто о том, для чего вы его используете. Публикация вопросов
и комментарии на
NetLogo Users Group или напишите напрямую Эрику Расселу и команде NetLogo по адресу
ccl-gis @ ccl.northwestern.edu

Примитивы

Примитивы RasterDataset

Примитивы набора данных

Примитивы VectorDataset

Примитивы системы координат

Примитивы рисования

гис: набор-преобразование

gis: set-transform

gis-envelope netlogo-envelope

Определяет соответствие между координатами ГИС и координатами NetLogo.
Параметры gis-envelope и netlogo-envelope должны
каждый будет четырехэлементным списком, состоящим из:

  [минимум-х максимум-х минимум-у максимум-у]
  

Масштаб трансформации будет равен минимуму
масштаб, необходимый для отображения между диапазонами значений x
и масштаб, необходимый для отображения между диапазонами y
значения.Пространство ГИС будет центрировано в пространстве NetLogo.

Например, следующие два списка отображают все географические
(широта и долгота) пространство в градусах относительно мирового пространства NetLogo,
независимо от текущих размеров мира NetLogo:

  (список -180 180-90 90)
(список min-pxcor max-pxcor min-pycor max-pycor)
  

Однако, если вы устанавливаете конверт мира NetLogo,
вам, вероятно, следует использовать set-world-envelope.

gis: набор-трансформация-ds

gis: set-transformation-ds

gis-envelope netlogo-envelope

Выполняет то же самое, что и преобразование множества, описанное выше, за исключением того, что
он позволяет шкале для отображения диапазона значений x быть
отличается от шкалы значений y.«-Ds» на
конец означает «разные масштабы». Использование разных шкал
вызовет искажение формы объектов ГИС, и поэтому
как правило, не рекомендуется, но может быть полезно для некоторых моделей.

Вот пример разницы между набором-преобразованием и набором-преобразованием-ds:

gis: set-world-envelope

gis: set-world-envelope

gis-envelope

Сокращение для установки преобразования путем сопоставления конверта.
мира NetLogo в заданный конверт в пространстве ГИС, а
сохраняя масштабы по осям x и y одинаковыми.это
эквивалент:

  набор-преобразование gis-envelope (список min-pxcor max-pxcor min-pycor max-pycor)
  

Этот примитив предоставляется, потому что большую часть времени вам понадобится
чтобы установить оболочку всего мира NetLogo, а не только
Часть этого.

gis: set-world-envelope-ds

gis: set-world-envelope-ds

gis-envelope

Сокращение для установки преобразования путем сопоставления конверта.
мира NetLogo в заданный конверт в пространстве ГИС, используя
при необходимости, разные масштабы по осям x и y.это
эквивалент:

  set-transformation-ds gis-envelope (список min-pxcor max-pxcor min-pycor max-pycor)
  

См. Изображения выше
разница между использованием одинаковых масштабов для координат x и y
и используя разные масштабы.

гис: мир-конверт

gis: world-envelope

Сообщает конверт (ограничивающий прямоугольник) мира NetLogo,
преобразован в пространство ГИС. Конверт состоит из четырехэлементной
список формы:

  [минимум-х максимум-х минимум-у максимум-у]
  

гис: конверт-оф

гис: конверт-

шт.

Сообщает конверт (ограничивающий прямоугольник) объекта в ГИС
координаты.Объект может быть агентом, набором агентов,
RasterDataset, VectorDataset или VectorFeature. Конверт
состоит из четырехэлементного списка вида:

  [минимум-х максимум-х минимум-у максимум-у]
  

гис: конверт-объединение-

gis: envelope-union-of

envelope1 envelope2
gis: envelope-union-of- envelope1 …

Сообщает о конверте (ограничивающем прямоугольнике), который полностью содержит
даны конверты.Конверт состоит из четырехэлементного списка
форма

  [минимум-х максимум-х минимум-у максимум-у]
  

Никаких предположений о системе координат аргументов не делается,
хотя, если они находятся в разных системах координат, результаты будут
быть непредсказуемым.

гис: система координат нагрузки

gis: загрузка-система координат

файл

Загружает новую глобальную проекцию, используемую для проецирования или перепроектирования.
Данные ГИС при загрузке из файла.Файл должен содержать действительный

Описание проекции общеизвестным текстом (WKT).

файлов проекции WKT часто распространяются вместе с данными ГИС.
файлы и обычно имеют расширение имени файла «.prj».

Относительные пути разрешаются относительно местоположения текущего
модель или домашний каталог пользователя, если текущая модель
еще не сохранено.

Расширение GIS поддерживает не все системы координат WKT и
прогнозы. Только географические ( «GEOGCS» ) и
проектируемые ( "PROJCS" ) системы координат
поддерживается.Для систем координат проекции только следующие
поддерживаются прогнозы:

• Albers_Conic_Equal_Area
• Конформный Ламберт Конический_2SP
• Поликонический
• Lambert_Azimuthal_Equal_Area
• Меркатор_1СП
• Робинсон
• Азимутальный равномерный
• Миллер
• Стереографический
• Цилиндрическая равная площадь
• Oblique_Mercator
• Поперечный меркатор
• Эквидистантный конус
• hotine_oblique_mercator
• Гномоник
• Орфографический

См. Удаленное определение.org
для получения полного списка прогнозов WKT и их параметров.

гис: установка-система координат

gis: установка-система координат

система

Устанавливает глобальную проекцию, используемую для проецирования или перепроецирования.
Данные ГИС по мере их загрузки. Система должна быть либо строкой
в
Формат общеизвестного текста (WKT) или список NetLogo, состоящий из
WKT преобразуется в список, перемещая каждое ключевое слово внутри своего
соответствующие скобки и заключить его в кавычки.Последний
предпочтительнее, потому что это делает код более читаемым.

Применяются те же ограничения на поддержку WKT, как описано выше в
документация для системы координат нагрузки

гис: груз-датасет

gis: load-dataset

файл

Загружает указанный файл данных, при необходимости повторно проецируя данные, если
определяется глобальная проекция, и если сам файл данных имеет
связанный файл .prj, а затем сообщает о результирующем наборе данных.

Если нет “.prj ”, то load-dataset
предполагает, что проекция загружаемых данных такая же, как
текущая глобальная система координат.

Относительные пути разрешаются относительно местоположения текущего
модель или домашний каталог пользователя, если текущая модель
еще не сохранено.

В настоящее время поддерживаются два типа файлов данных:

• « .shp » (шейп-файл ESRI): содержит векторные данные,
  состоящий из точек, линий или многоугольников.Когда целевой файл
  shapefile, load-dataset сообщает о VectorDataset.
• « .asc » или « .grd » (сетка ESRI ASCII):
  содержит растровые данные, состоящие из сетки значений. Когда
  целевой файл — файл сетки ASCII, load-dataset
  сообщает о RasterDataset.

гис: магазин-датасет

gis: store-dataset

набор данных файл

Сохраняет указанный набор данных в указанный файл. Если имя файла
не имеет правильного расширения файла, расширение будет
автоматически добавляется к имени.Относительные пути разрешены
относительно местоположения текущей модели или пользователя
домашний каталог, если текущая модель еще не была сохранена.

В настоящее время этот примитив работает только с наборами растровых данных, и он может
сохраняйте эти наборы данных только как файлы сетки ESRI ASCII.

гис: тип

gis: type-of

набор данных

Сообщает тип данного набора данных ГИС: «ВЕКТОР» или «РАСТР».

гис: патч-датасет

gis: набор данных патча

переменная патча

Сообщает о новом растре, ячейки которого соответствуют непосредственно NetLogo.
патчи, значения ячеек которых состоят из значений заданных
переменная патча.Этот примитив по сути является инверсией приложения-растра;
apply-raster копирует значения из набора растровых данных в переменную patch, в то время как этот
примитив копирует значения из переменной патча в набор растровых данных.

gis: датасет черепах

gis: набор данных черепах

набор черепах

Сообщает о новом точечном VectorDataset, созданном из черепах в
данный набор агентов. Точки расположены в местах расположения черепах,
переведено из пространства NetLogo в пространство ГИС с использованием текущего
преобразование координат.И свойства набора данных состоят
всех черепаховых переменных, общих для каждой черепахи в
набор агентов.

гис: набор данных ссылок

gis: набор данных ссылок

набор ссылок

Сообщает о новой строке VectorDataset, построенной на основе ссылок в данном
набор агентов. Конечные точки каждой линии находятся в месте расположения
черепахи, соединенные каждой ссылкой, переведенные из пространства NetLogo в
Пространство ГИС с использованием текущего преобразования координат. И
свойства набора данных состоят из всех связанных переменных
общий для каждой ссылки в наборе агентов.

гис: форма-тип

gis: shape-type-of

VectorDataset

Сообщает тип формы данного набора данных. Возможный выход
значения: «ТОЧКА», «ЛИНИЯ» и «ПОЛИГОН».

гис: имена-собственности

gis: property-names

VectorDataset

Сообщает список строк, где каждая строка является именем
свойство, которым владеет каждый VectorFeature в данном
VectorDataset, подходящий для использования в gis: property-value.

gis: список-характеристик-из

gis: список-функций

VectorDataset

Сообщает список всех VectorFeatures в данном наборе данных.

гис: списки-вершин-из

gis: списки-вершин-из

VectorFeature

Сообщает список списков значений вершин. Для наборов точечных данных каждый
список вершин будет содержать ровно одну вершину: местоположение
точка. Для линейных наборов данных каждый список вершин будет содержать не менее
две точки, и будет представлять собой «ломаную линию», соединяющую
каждая смежная пара вершин в списке.Для наборов данных полигонов
каждый список вершин будет содержать не менее трех точек, представляющих
многоугольник, соединяющий каждую вершину, а также первую и последнюю вершины в
список будет таким же.

гис: центроид-из

gis: centroid-of

VectorFeature

Сообщает об одной вершине, представляющей центроид (центр
гравитация) данной особенности. Для наборов точечных данных центроид
определяется как среднее расположение всех точек в объекте. Для
линейных наборов данных, центроид определяется как среднее значение
расположение средних точек всех линейных сегментов в объекте,
взвешенные по длине сегмента.Для наборов данных полигонов центроид
определяется как взвешенная сумма центроидов разложения
область в треугольники (возможно, перекрывающиеся). См. Этот FAQ
для получения дополнительных сведений об алгоритме центроида многоугольника.

гис: местонахождение-из

gis: location-of

Vertex

Сообщает двухэлементный список, содержащий значения x и y (в этом
порядок) данной вершины, переведенной в мировое пространство NetLogo
используя текущее преобразование, или пустой список, если заданный
вершина находится вне мира NetLogo.

гис: стоимость недвижимости

gis: значение-свойства

VectorFeature имя-свойства

Сообщает значение свойства с заданным именем для данного
VectorDataset. Сообщаемое значение может быть числом, строкой или
логическое значение, зависящее от типа поля в базовом
файл данных.

Для шейп-файлов значения из dBase CHARACTER и
ДАТА поля возвращаются как строки, значения из
Поля NUMBER и FLOAT возвращаются как числа,
и значения из ЛОГИЧЕСКИХ полей возвращаются как логические
значения. MEMO Поля не поддерживаются. ДАТА
значения преобразуются в строки с использованием формата ISO 8601
( ГГГГ-ММ-ДД ).

гис: функции поиска

gis: find-features

VectorDataset имя-свойства указанное значение

Сообщает список всех VectorFeatures в данном наборе данных, чьи
значение для свойства имя-свойства соответствует заданному значению (строка).
При сравнении значений регистр не учитывается, а подстановочный знак
символ «*» будет соответствовать любому количеству вхождений
(включая ноль) любого символа.

gis: find-one-feature

gis: find-one-feature

VectorDataset имя-свойства указанное значение

Сообщает о первом VectorFeature в наборе данных, значение которого для
свойство имя-свойства соответствует заданной строке. Значение
сравнение не чувствительно к регистру, а подстановочный знак
«*» Будет соответствовать любому количеству вхождений (включая ноль)
любого характера. Функции ищутся в том порядке, в котором они
появляются в файле данных, который был источником набора данных, и
поиск прекращается, как только будет найдено совпадение.Отчеты
никто , если соответствующий VectorFeature не найден.

гис: поиск менее

gis: find-less-than

VectorDataset имя-свойства значение

Сообщает список всех VectorFeatures в данном наборе данных, чьи
значение для свойства имя-свойства меньше заданного
значение . Строковые значения сравниваются с учетом регистра
лексикографический порядок, как определено в
Документация по Java.Использование строкового значения для числового свойства
или числовое значение для строкового свойства вызовет ошибку.

гис: найти-больше-

gis: найти-больше-чем

VectorDataset имя-свойства значение

Сообщает список всех VectorFeatures в данном наборе данных, чьи
значение для свойства имя-свойства больше, чем
дано значение . Строковые значения сравниваются с учетом регистра
лексикографический порядок, как определено в
Документация по Java.Использование строкового значения для числового свойства
или числовое значение для строкового свойства вызовет ошибку.

гис: find-range

gis: find-range

VectorDataset имя-свойства минимальное значение максимальное значение

Сообщает список всех VectorFeatures в данном наборе данных, чьи
значение свойства имя-свойства строго больше
чем минимальное значение и строго меньше чем
максимальное значение .Строковые значения сравниваются с использованием
лексикографический порядок с учетом регистра, как определено в
Документация по Java. Использование строкового значения для числового свойства
или числовое значение для строкового свойства вызовет ошибку.

гис: минимум недвижимости

gis: минимальное свойство

VectorDataset имя свойства

Сообщает наименьшее значение для данного свойства по всем
VectorFeatures в данном наборе данных. Сравниваются строковые значения
используя лексикографический порядок с учетом регистра, как определено в
Документация по Java.

гис: недвижимость-максимум

gis: свойство-максимум

VectorDataset имя-свойства

Сообщает наибольшее значение для данного свойства по всем
VectorFeatures в данном наборе данных. Сравниваются строковые значения
используя лексикографический порядок с учетом регистра, как определено в
Документация по Java.

гис: нанесение покрытия

gis: apply-cover

VectorDataset имя-свойства переменная-патч

Копирует значения из заданного свойства VectorDataset.
features для данной переменной patch.Набор данных должен быть
полигон набор данных; точки и линии не поддерживаются.

Для каждого патча он находит все VectorFeatures, которые пересекаются с этим.
пластырь. Затем, если свойство является строковым свойством, оно вычисляет
мажоритарное значение путем вычисления общей площади патча, покрытого
VectorFeatures, имеющий каждое возможное значение свойства, тогда
возвращает значение, которое представляет наибольшую долю
область патча. Если свойство является числовым свойством, оно вычисляет
средневзвешенное значение значений свойств из всех VectorFeatures, которые
пересекают патч, взвешенные по пропорции площади патча
они покрывают.

Есть два исключения из этого поведения по умолчанию:

• Если процент площади пятна больше, чем
  покрытие-максимум-порог покрывается одним VectorFeature,
  тогда значение свойства из этого VectorFeature копируется напрямую.
  Если более одного VectorFeature покрывают процент площади большей
  чем порог, будет использоваться только первый.

• Если общий процент площади пятна, покрытой
  VectorFeatures меньше порога минимума покрытия,
  целевой переменной патча установлено значение Not A Number.

По умолчанию минимальный порог составляет 10%, а максимальный порог
составляет 33%. Эти значения могут быть изменены с помощью четырех примитивов, которые
следить.

gis: минимальный порог охвата

gis: минимальный порог покрытия

Сообщает текущий минимальный порог покрытия, используемый gis: apply-охват.

gis: установить минимальный порог охвата

gis: установить минимальный порог охвата

новый порог

Устанавливает текущий минимальный порог покрытия, который будет использоваться gis: apply-охват.

gis: максимальный порог охвата

gis: максимальный порог покрытия

Сообщает текущий максимальный порог покрытия, используемый gis: apply-охват.

gis: установить максимальный порог охвата

gis: установить максимальный порог охвата

новый порог

Устанавливает текущий максимальный порог покрытия, который будет использоваться gis: apply-охват.

гис: пересекается?

gis: пересекается?

x y

Возвращает истину, если пространственные представления данных объектов
имеют хотя бы одну общую точку, иначе — false.В
объекты x и y могут быть любым из:

• a VectorDataset, в этом случае пространственный объект
  представление — это объединение всех точек, линий или многоугольников
  набор данных содержит.
• VectorFeature, в этом случае пространственный объект
  представление определяется точкой, линией или многоугольником,
  особенность содержит.
• Черепаха, в этом случае пространственное представление — точка.
• Связь, пространственное представление которой представляет собой отрезок линии.
  соединяя две точки, представленные черепахами, ссылка
  подключение.
• Патч, пространственное представление которого представляет собой прямоугольный многоугольник.
• Набор агентов, пространственное представление которых является объединением
  представления всех содержащихся в нем агентов.
• Список, содержащий любой из перечисленных здесь элементов, включая
  другой список. Пространственное представление такого списка — это
  объединение пространственных представлений о его содержании.

гис: содержит?

gis: содержит?

x y

Возвращает истину, если каждая точка пространства y
представление также является частью пространственного
представление.Обратите внимание: это означает, что многоугольники содержат свои
границы. Объекты x и y могут быть любыми из

.

• a VectorDataset, в этом случае пространственный объект
  представление — это объединение всех точек, линий или многоугольников
  набор данных содержит.
• VectorFeature, в этом случае пространственный объект
  представление определяется точкой, линией или многоугольником,
  особенность содержит.
• Черепаха, в этом случае пространственное представление — точка.
• Связь, пространственное представление которой представляет собой отрезок линии.
  соединяя две точки, представленные черепахами, ссылка
  подключение.
• Патч, пространственное представление которого представляет собой прямоугольный многоугольник.
• Набор агентов, пространственное представление которых является объединением
  представления всех содержащихся в нем агентов.
• Список, содержащий любой из перечисленных здесь элементов, включая
  другой список. Пространственное представление такого списка — это
  объединение пространственных представлений о его содержании.

гис: сдерживается?

gis: сдерживается?

x y

Возвращает истину, если каждая точка пространственного размера x
представление также является частью пространственного
представление.Объекты x и y могут быть любыми из следующих:

• a VectorDataset, в этом случае пространственный объект
  представление — это объединение всех точек, линий или многоугольников
  набор данных содержит.
• VectorFeature, в этом случае пространственный объект
  представление определяется точкой, линией или многоугольником,
  особенность содержит.
• Черепаха, в этом случае пространственное представление — точка.
• Связь, пространственное представление которой представляет собой отрезок линии.
  соединяя две точки, представленные черепахами, ссылка
  подключение.
• Патч, пространственное представление которого представляет собой прямоугольный многоугольник.
• Набор агентов, пространственное представление которых является объединением
  представления всех содержащихся в нем агентов.
• Список, содержащий любой из перечисленных здесь элементов, включая
  другой список. Пространственное представление такого списка — это
  объединение пространственных представлений о его содержании.

гис: иметь-отношения?

gis: иметь отношения?

x y

Возвращает истину, если пространственные представления двух объектов имеют
данное пространственное отношение, и ложь в противном случае.Пространственный
отношение указывается с использованием девятиразмерно расширенного
Модель пересечения (ДЭ-9ИМ) матрица. Матрица состоит из 9
элементы, каждый из которых определяет требуемую взаимосвязь между
внутреннее пространство двух объектов, граничное пространство или внешнее
космос. Элементы должны иметь одно из шести возможных значений:

• «T», что означает, что пространства должны каким-то образом пересекаться.
• «F», что означает, что пространства не должны пересекаться.
• «0», что означает размер пространства »
  пересечение должно быть нулевым (т.е., он должен быть точкой или непустым
  набор точек).
• «1», что означает размер пространства »
  пересечение должно быть единицей (т.е. это должна быть линия или непустое множество
  отрезков).
• «2», что означает размер пространства »
  пересечение должно быть два (т.е. это должен быть многоугольник или набор
  многоугольники, площадь которых больше нуля).
• «*», что означает, что два пробела могут иметь любые
  отношение.

Например, эта матрица:

true

02

только при возврате если какая-то часть объекта x х
интерьер находится внутри объекта и и не является его частью.
объект x внутренняя часть или граница пересекает объект
y Внешний вид.По сути, это более строгий
форма содержит? примитив; тот, в котором многоугольники
не считаются содержащими их границы.

Матрица дана для отношения ? примитив как
строка, элементы которой указаны в следующем порядке:

Итак, чтобы использовать приведенный выше пример матрицы, вы должны написать:

  гис: иметь-отношения? x y "T ***** FF *"
  

Намного более подробное и формальное описание матрицы ДЭ-9ИМ.
и соответствующую теорию точечных множеств можно найти в OpenGIS Simple
Спецификация возможностей для SQL.

Объекты x и y могут быть любыми из:

• a VectorDataset, в этом случае пространственный объект
  представление — это объединение всех точек, линий или многоугольников
  набор данных содержит.
• VectorFeature, в этом случае пространственный объект
  представление определяется точкой, линией или многоугольником,
  особенность содержит.
• Черепаха, в этом случае пространственное представление — точка.
• Связь, пространственное представление которой представляет собой отрезок линии.
  соединяя две точки, представленные черепахами, ссылка
  подключение.
• Патч, пространственное представление которого представляет собой прямоугольный многоугольник.
• Набор агентов, пространственное представление которых является объединением
  представления всех содержащихся в нем агентов.
• Список, содержащий любой из перечисленных здесь элементов, включая
  другой список. Пространственное представление такого списка — это
  объединение пространственных представлений о его содержании.

гис: отношения-из

gis: Relationship-of

x y

сообщает о модели с расширенными размерами с девятью пересечениями
(DE-9IM) матрица, описывающая пространственное соотношение
два объекта.Матрица состоит из 9 элементов, каждый из которых
описывает взаимоотношения между двумя объектами внутри
пространство, граничное пространство или внешнее пространство. Каждый элемент будет
описывают размерность пересечения двух пространств, имея в виду
что он может иметь одно из четырех возможных значений:

• «-1», что означает, что пробелы не пересекаются.
• «0», что означает размер пространства »
  пересечение равно нулю (т.е. они пересекаются в точке или множестве
  точки).
• «1», что означает размер пространства »
  пересечение — один (т.е., они пересекаются по одной или нескольким линиям).
• «2», что означает размер пространства »
  пересечение равно двум (т.е. их пересечение — непустое
  многоугольник).

Например, здесь показаны два многоугольника x и y:

имеют следующую матрицу DE-9IM:

отношения-из примитивных
в виде строки «212101212».

Намного более подробное и формальное описание матрицы ДЭ-9ИМ.
и соответствующую теорию точечных множеств можно найти в OpenGIS Simple
Спецификация возможностей для SQL.

Объекты x и y могут быть любыми из:

• a VectorDataset, в этом случае пространственный объект
  представление — это объединение всех точек, линий или многоугольников
  набор данных содержит.
• VectorFeature, в этом случае пространственный объект
  представление определяется точкой, линией или многоугольником,
  особенность содержит.
• Черепаха, в этом случае пространственное представление — точка.
• Связь, пространственное представление которой представляет собой отрезок линии.
  соединяя две точки, представленные черепахами, ссылка
  подключение.
• Патч, пространственное представление которого представляет собой прямоугольный многоугольник.
• Набор агентов, пространственное представление которых является объединением
  представления всех содержащихся в нем агентов.
• Список, содержащий любой из перечисленных здесь элементов, включая
  другой список.Пространственное представление такого списка — это
  объединение пространственных представлений о его содержании.

гис: пересечение

патч-набор гис: пересекающиеся данные

Сообщает о новом наборе агентов, содержащем только членов данного
набор агентов, которые пересекаются с данными ГИС , которые могут быть любыми
один из: VectorDataset, VectorFeature, Agent, Agent Set,
или список, содержащий что-либо из вышеперечисленного.

гис: ширина

gis: width-of

RasterDataset

Сообщает количество столбцов в наборе данных.Обратите внимание, что это
количество ячеек слева направо, а не ширина набора данных в
ГИС-пространство.

гис: высота

gis: height-of

RasterDataset

Сообщает количество строк в наборе данных. Обратите внимание, что это
количество ячеек сверху вниз, а не высота набора данных
в пространстве ГИС.

гис: значение растра

gis: значение растра

RasterDataset x y

Сообщает значение данного набора растровых данных в заданной ячейке.Координаты ячеек нумеруются слева направо и сверху вниз.
снизу, начиная с нуля. Таким образом, верхняя левая ячейка (0, 0) и
нижняя правая ячейка ( gis: ширина-набора данных — 1,
gis: набор данных высоты — 1).

гис: установить значение растра

gis: set-raster-value

RasterDataset x y значение

Устанавливает значение данного набора растровых данных в данной ячейке равным
новое значение. Координаты ячеек нумеруются слева направо, а
сверху вниз, начиная с нуля.Итак, верхняя левая ячейка
(0, 0), а нижняя правая ячейка — ( gis: width-of dataset
— 1, гис: высота-набор данных — 1).

гис: минимум-

gis: minimum-of

RasterDataset

Сообщает наивысшее значение в данном наборе растровых данных.

гис: максимум-

gis: maximum-of

RasterDataset

Сообщает наименьшее значение в данном наборе растровых данных.

гис: метод отбора проб из

gis: метод выборки из

RasterDataset

Сообщает о методе выборки, использованном для вычисления значения данного
набор растровых данных в одной точке или на площади меньше, чем
одиночная растровая ячейка.Выборка выполняется расширением ГИС.
примитивы растровая выборка, передискретизация, свертка,
и применить-растр. Выборка
метод будет одним из следующих:

• "NEAREST_NEIGHBOR" : значение ячейки
  используется ближайшее к месту отбора проб.
• «БИЛИНЕЙНЫЙ» : значение четырех ближайших
  ячейки отбираются линейным взвешиванием в соответствии с их
  близость к месту отбора проб.
• "BICUBIC" : значение шестнадцати ближайших
  отбираются ячейки, и их значения объединяются по весу
  согласно кусочно-кубическому многочлену, рекомендованному Рифманом
  (см. Digital Image Warping , Джордж Вольберг, 1990, стр.
  129-131, IEEE Computer Society Press).
• "BICUBIC_2" : значение выбирается с помощью
  та же процедура и тот же многочлен, что и с BICUBIC
  выше, но с другим коэффициентом. Этот метод может производить
  несколько более резкие результаты, чем BICUBIC , но этот результат
  зависит от данных.

Для получения дополнительной информации об этих методах выборки и о растре
выборка в целом, см. эту википедию
статья.

gis: набор-метод отбора проб

gis: set-sampling-method

RasterDataset sampling-method

Устанавливает метод выборки, используемый данным набором растровых данных в
в одной точке или на площади меньше одной ячейки растра.Выборка выполняется с помощью примитивов расширения ГИС raster-sample, resample, convolve,
и применить-растр. Выборка
метод должен быть одним из следующих:

• "NEAREST_NEIGHBOR"
• «БИЛИНЕЙНЫЙ»
• «БИКУБИК»
• "BICUBIC_2"

См. Метод отбора проб выше
для более подробного описания каждого метода отбора проб.

гис: растр-образец

gis: raster-sample

RasterDataset sample-location

Сообщает значение данного растра в заданном месте.В
location может быть любым из следующих:

• Список длиной 2, который используется для представления точки в
  пространство netlogo ( [xcor ycor] ) сортировки, о которой сообщает
  расположение Vertex. Растр
  набор данных отбирается в точке этого местоположения.
• Список длиной 4, представляющий конверт в
  Пространство ГИС, о котором говорится в конверте из. Выборка набора растровых данных
  над областью этого конверта.
• Патч, в этом случае выборка набора растровых данных выполняется по
  область патча.
• Черепаха, и в этом случае набор растровых данных отбирается на
  местонахождение этой черепахи.
• Вершина, и в этом случае набор растровых данных выбирается в
  расположение этой вершины.

Если запрошенное место находится за пределами области, покрытой растром
набор данных, этот примитив сообщает специальное значение, представляющее
«Не число», которое NetLogo выводит как
«NaN». Использование специального значения «не числа»
в качестве аргумента примитивов, ожидающих числа, может вызвать
ошибка, но вы можете проверить значение, сообщаемое этим примитивом, чтобы
отфильтровать «не числовые» значения.Значение, не являющееся
число не будет ни меньше, ни больше числового значения,
поэтому вы можете определять «не числовые» значения, используя
следующее:

  let value gis: набор растровых данных черепаха 0
; установить синий цвет, если значение является числом, красный, если значение "не число"
ifelse (значение <= 0) или (значение> = 0)
[установить синий цвет]
[установить красный цвет]
  

Если запрошенное местоположение является точкой, выборка всегда вычисляется.
используя метод, установленный set-sampling-method.Если
запрошенное место — это область (например, конверт или заплатка),
выборка вычисляется как среднее значение всех ячеек растра
покрывается запрашиваемой площадью.

гис: растр-мир-конверт

gis: raster-world-envelope

RasterDataset x y

Сообщает конверт ГИС, необходимый для соответствия границам NetLogo
патчи с границами ячеек в данном наборе растровых данных.
Затем этот конверт можно использовать в качестве аргумента для set-transformation-ds.

В наборе данных может быть больше ячеек, чем патчей в
мир NetLogo. В этом случае вам нужно будет выбрать подмножество
ячеек в наборе данных, указав, какую ячейку в наборе данных вы
хотите соответствовать верхнему левому углу мира NetLogo.
Ячейки нумеруются слева направо и сверху вниз,
начиная с нуля. Итак, верхняя левая ячейка (0, 0), а
нижняя правая ячейка ( gis: ширина-набора данных -1, gis: высота-набора данных -1).

гис: создать-растр

gis: create-raster

ширина высота конверт

Создает и сообщает о новом пустом наборе растровых данных с заданным
количество столбцов и строк, покрывающих данный конверт.

гис: повторная выборка

gis: resample

RasterDataset конверт ширина высота

Сообщает о новом наборе данных, который состоит из данного набора RasterDataset.
передискретизирован, чтобы покрыть данный конверт и содержать данный
количество столбцов и строк.Если ячейки нового растра
меньше, чем существующие ячейки растра, они будут
повторная выборка с использованием метода, установленного set-sampling-method. Если новый
ячейки больше исходных ячеек, из них будет произведена выборка
используя метод "NEAREST_NEIGHBOR" .

гис: свертка

gis: convolve

RasterDataset kernel-rows kernel-columns kernel key-column key-row

Сообщает о новом растре, данные которого состоят из данного растра.
свёрнутый с данным ядром.

Свертка — это математическая операция, которая вычисляет каждый выходной
ячейка путем умножения элементов ядра на значения ячейки
окружающие конкретную исходную ячейку. Ядро — это матрица
значения, с одним конкретным значением, определенным как «ключ
element ”, значение, центрированное по исходной ячейке.
соответствует ячейке назначения, значение которой
вычислено.

Значения матрицы ядра представлены в виде списка, который
перечисляет элементы матрицы слева направо, сверху до
Нижний.Таким образом, элементы матрицы 3 на 3 будут перечислены в
в следующем порядке:

Ключевой элемент определяется столбцом и строкой в ​​матрице.
Столбцы нумеруются слева направо, начиная с нуля. Рядов
нумеруются сверху вниз, также начиная с нуля. Таким образом, для
Например, ядро ​​для горизонтального оператора Собеля,
что выглядит так:

как указано следует:

  let horizontal-gradient gis: convolve dataset 3 3 [1 0–1 2 0–2 1 0–1] 1 1
  

гис: применить-растр

gis: apply-raster

RasterDataset patch-variable

Копирует значения из данного набора растровых данных в данный патч.
переменной, при необходимости передискретизируя растр, чтобы его ячейка
границы совпадают с границами исправлений NetLogo.Эта передискретизация
выполняется так, как если бы вы использовали resample, а
чем растровый образец, ради
эффективности. Однако участки, не покрытые растром,
присвоил значения «не число» так же, как
растра-образец сообщает значения для
местоположения за пределами растра.

гис: рисунок-цвет

gis: рисунок-цвет

Сообщает цвет, используемый расширением ГИС для рисования векторных объектов.
в слой чертежа NetLogo. Цвет может быть представлен как
цвет NetLogo (одно число от нуля до 140) или RGB
цвет (список из 3-х цифр).См. Подробности в разделе «Цвета»
Руководство по программированию.

гис: набор-рисунок-цвет

gis: набор-рисунок-цвет

цвет

Устанавливает цвет, используемый расширением ГИС для рисования векторных объектов.
в слой чертежа NetLogo. Цвет может быть представлен
либо как цвет NetLogo (одно число от нуля до 140), либо
цвет RGB (список из 3 цифр). См. Подробности в разделе «Цвета» Руководства по программированию.

гис: розыгрыш

gis: draw

вектор-данные толщина линии

Рисует заданные векторные данные на слое чертежа NetLogo, используя
текущий цвет чертежа ГИС с заданной толщиной линии.Данные
может состоять либо из целого набора VectorDataset, либо из одного
VectorFeature. Этот примитив рисует только границу многоугольника.
данных, а для точечных данных он заполняет круг с радиусом, равным
толщина линии.

гис: залив

gis: fill

вектор-данные толщина линии

Заполняет заданные векторные данные в слое чертежа NetLogo, используя
текущий цвет чертежа ГИС, используя заданную толщину линии вокруг
края. Данные могут состоять либо из целого набора VectorDataset, либо
или один VectorFeature.Для точечных данных он заполняет круг значком
радиус равен толщине линии.

гис: краска

гис: краска

RasterDataset прозрачность

Закрашивает указанные растровые данные на слой чертежа NetLogo. В
наибольшее значение в наборе данных окрашено в белый цвет, наименьшее —
окрашены в черный цвет, а остальные значения окрашены в оттенки
серый линейно масштабируется между белым и черным.

Прозрачность Вход определяет, насколько прозрачен новый
изображение на чертеже будет.Допустимые входные значения от 0 (полностью
непрозрачный) до 255 (полностью прозрачный).

gis: import-wms-drawing

gis: import-wms-drawing

url-адрес сервера пространственная привязка слоев прозрачность

Импортирует изображение в слой чертежа NetLogo с помощью
Служба веб-картографии
протокол, как определено
Открытый геопространственный консорциум.

Входы пространственной привязки и слоев должны быть
даны в виде строк.Вход пространственной привязки соответствует
параметр SRS к запросу GetMap , как определено в
раздел 7.2.3.5 версии 1.1.1 стандарта WMS. В
Слои Вход соответствует параметру СЛОИ для
как определено в 7.2.3.3 версии 1.1.1 стандарта WMS.

Вы можете найти список действующих кодов пространственной привязки и слоя
имена, исследуя ответ на запрос GetCapabilities
к серверу WMS.См. Инструкции в соответствующем стандарте.
о том, как отправить запрос GetCapabilities к серверу и
как интерпретировать результаты.

Прозрачность Вход определяет, насколько прозрачен новый
изображение на чертеже будет. Допустимые входные значения от 0 (полностью
непрозрачный) до 255 (полностью прозрачный).

.