Какие климатические пояса выделяют на Земле?

Зима, весна, лето, осень — в детстве смена сезонов для меня была чем-то естественным. Но когда я подросла, я сильно удивилась, узнав о существовании стран, где всегда только лето или только зима. И всему тому виной климатические пояса.

О климатических поясах

Определённые области планеты, которые характеризуются однородным типом климата, называются климатическими поясами. В разных климатических поясах отличаются:

• количество солнечной энергии;
• направление воздушных масс;
• особенность циркуляции атмосферы.

Основные климатические пояса

На территории основных климатических поясов действуют одни воздушные массы.
Наиболее горячий и влажный пояс — экваториальный. И да, такое название он носит, потому что находится по длине экватора. Он единственный непрерывный и цельный.
Тропический пояс находится между субэкваториальным и субтропическими поясами. Климат здесь более засушливый, но такой же горячий, как и экваториальный (летом температура достигает +35 °C, зимой — примерно +14 °C).

Умеренный климатический пояс располагается в пределах 40 и 60 параллели между субтропическим и субполярным поясами. Смена времён года здесь наиболее заметна (лето — жаркое, зима — холодная).
Самые холодные пояса находятся на полюсах нашей планеты. В Северном полушарии такой климатический пояс называют арктическим, в Южном — антарктическим. Там царство вечных льдов.

Переходные климатические пояса

Смена времени года влияет на климат переходных поясов.
В субэкваториальном поясе летом потоки воздуха приносят с экваториального пояса жару и влажность, и количество осадков достигает высокой отметки. Зимой температура понижается, а осадки выпадают редко.

В субтропическом поясе летом обычно так же жарко, как и в тропическом. Зимой холодный воздух умеренного пояса приносит с севера осадки. Температура может опускаться до 0 °C, а иногда достигает даже отрицательных отметок.

На границе полярного круга располагаются субарктический и субантарктический пояса. Летом здесь относительно тепло. Зимой же вся территория покрывается снегами и наступает длинная полярная ночь.

Климаты Земли. Влияние океана на формирование климата



Вспомните:

Вопрос: Какой климатообразующий фактор является основным?

Ответ: Разный угол падения солнечных лучей на земную поверхность.

Вопрос: На какие воздушные массы разделена тропосфера?

Ответ: Экваториальный воздух, Тропический воздух, Воздух умеренных широт, Арктический (антарктический) воздух.

Вопрос: Как влияет близость океана на формирование климата?

Ответ: Малая амплитуда (перепад) температур и большое количество осадков

Вопросы и задания:

Вопрос: Перечислите в какой-либо последовательности климатические пояса Земли?

Ответ: Экваториальный, субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субарктический (Сев. полушарие), арктический (Сев.полушарие), субантарктический (Юж.полушарие) антарктический (Юж.полушарие) климатические пояса.

Вопрос: Чем различаются основные и переходные климатические пояса?

Ответ: Климатические пояса: субэкваториальный, субтропический, субарктический и субантарктический являются переходными и располагаются между основными.

Субэкваториальный. Характерен сезонной сменой погоды. Зимой направление ветра несет сюда тропические воздушные массы. Потому осадков крайне мало, воздух становится более прохладным, облака рассеиваются. Летом направление ветра меняется, сюда попадают экваториальные циклоны. За счет этого выпадает огромное количество осадков – 3000 мм, становится очень жарко.

Субтропический. Располагается между тропиками и умеренными широтами. Тут ситуация аналогичная. Летом дуют ветра с тропиков, за счет чего становится очень жарко и солнечно. Зимой прилетают циклоны с умеренных широт, становится холодно, иногда идет снег, но постоянного покрова не образуется.

Субарктический (субантарктический). Зона динамического минимума, с высокой влажностью и очень низкими температурами – более –50. Примечательно то, что в Северном полушарии субарктическая зона занимает преимущественно сушу, а в Южном – это сплошная акватория в районе Антарктиды

Вопрос: Почему в экваториальном поясе выпадает больше осадков, чем в тропическом?

Ответ: В условиях низкого давления нагреваемый атмосферный воздух постоянно поднимается вверх, что приводит к образованию большого количества дождевых облаков, что приводит к большому количеству осадков.

В тропическом поясе воздух опускается из верхних слоев тропосферы к земной поверхности, опускаясь воздух прогревается, но дождевых облаков не образует, поэтому осадков выпадает крайне мало, однако имеются исключения в виде восточных берегов материков, которые омываются океанами и находятся под действием пассатов которые дуют с океанов, поэтому здесь выпадает большое количество осадков

Вопрос: Какие климатические области формируются внутри умеренного климатического пояса. Под влиянием чего это происходит?

Ответ: Область морского климата. Данный подтип располагается над поверхностью вод Мирового океана, а также в прибережных районах (Нью-Йорк, Лондон). Это зона характеризуется наиболее низкой амплитудой колебания температур в течение года. Зима тут аномально теплая: крайне редко столбик термометра опускается ниже нулевой отметки. Постоянный снежный покров в холодное время года также не образуется: снег и изморозь бывают нечасто и держатся на земле совсем не долго. При этом стоит отметить, что лето здесь отнюдь не жаркое. Когда в более северных зонах температура поднимается до предела, утомляя всех жарой, тут сравнительно прохладно – не более 22 градусов выше нуля. Годовое количество осадков здесь максимальное – до 2000 мм.

— область умеренного континентального климата

Это тип умеренного пояса, который располагается в глубине материков, вдали от морей и океанов. Он характерен очень жарком летом – до +28 и морозной зимой – более чем 12 градусов ниже нуля. Тут всегда сухо, количество осадков минимальное – до 300 мм. Большая часть территорий, которые покрывает эта природная зона, – степи и полустепи в Евразии и Северной Америке. Тут в течение зимы формируется постоянный снежный покров и заморозки. Летом бывают слабые ветра, кратковременные дожди и легкая облачность.

— область резко континентального климата

В этой подзоне умеренный климатический пояс граничит с субарктическим, что в значительной степени влияет на его погодные условия. Кроме того, еще одной его особенностью считается то, что он располагается вдали от внешних вод, потому тут предельно сухо – не более 200 мм в год. Летом здесь весьма прохладно и ветрено. Температура редко поднимается выше отметки +19. Тем не менее это компенсируется большим количеством солнечных дней за счет малой облачности. Само лето короткое, холода приходят буквально во второй половине августа. Зимой очень холодно, и на протяжении всего сезона земля покрыта снегом. Температура опускается ниже –30, часто над местностью формируются снежные облака.

— область муссонного климата

В некоторых совсем незначительных по своим параметрам областях умеренный пояс перехватывает муссоны. Это ветра, которые формируются преимущественно в тропических зонах и редко достигают столь высоких широт. Перепады температур тут невелики, а вот влажность колеблется очень сильно. Главная особенность заключается в том, что лето очень влажное, а зимой с неба не выпадает ни единой капельки. Тип погоды – антициклонный, с резкой сменой давления и направления ветра.

Вопрос: Объясните почему арктический климат мягче антарктического?

Ответ: Над Северным Ледовитым океаном климат мягче т.к.к нему доходят воды теплых течений, ледовый покров не такой мощный как на Антарктиде, а океан даже покрытый льдом дает больше тепла чем в Южном полярном круге, 90% солнечного тепла в Антарктиде отражается от поверхности материка не нагревая его.

РЕЛЬЕФ • Большая российская энциклопедия

Рельеф

Бóльшая часть территории России расположена в стабильной области литосферы – Евразийской литосферной плите и представлена земной корой континентального типа, что обусловливает господство малоконтрастного равнинного и плоскогорного рельефа с изолированными участками низкогорий. Исключениями являются: а) Дальневосточный регион, который входит в состав подвижного пояса с большими амплитудами тектонических движений, высокой сейсмичностью и проявлением вулканизма, находящегося на границе с Тихоокеанской плитой; б) Южной Сибири горы с Байкальской рифтовой системой; в) Крымские горы и Большой Кавказ – часть внутриконтинентального Альпийско-Гималайского горного пояса. Положение на севере материка, в основном в умеренных широтах, частично в полярной области, господство континентального, а на значительной площади и резко континентального климата объясняет преобладание геоморфологических процессов, свойственных холодному гумидному климату. Широкое развитие получили флювиальные процессы, процессы физического выветривания и гравитационного перемещения масс. Наряду с этим, обширные пространства подвержены криогенному морфогенезу. Важную роль в геоморфологическом строении территории России играет реликтовый рельеф. Наиболее полно сохранили первичные черты его формы, созданные ледниками в эпохи плейстоценовых похолоданий. Заметно участие более древних (кайнозойских, реже мезозойских) в разной степени разрушенных пенепленов и поверхностей выравнивания, а также следы трансгрессий морских и озёрных бассейнов в виде террасированных аккумулятивных равнин. Нарастание высот идёт в целом с севера на юг и с запада на восток, в сторону Тихого океана. По абсолютным высотам и характеру рельефа в континентальной части территории России выделяются 6 крупных регионов: 1) холмисто-равнинная Европейская часть; 2) низменно-равнинная Западная Сибирь; 3) платообразно-плоскогорная Средняя Сибирь; 4) горы Южной Сибири; 5) горы и равнины Северо-Востока; 6) горы и равнины Дальнего Востока. Не входящие в их состав горные системы Крыма, Урала и Кавказа служат ограничивающими и разграничивающими по отношению к первым двум регионам орографическими элементами. Рельеф принадлежащих России островов в большинстве случаев обнаруживает морфоструктурное единство с близлежащими континентальными участками, являясь их орографическим и морфологическим продолжением (см. карту).

Восточно-Европейская равнина

Общие сведения. Европейская часть России почти целиком занята одной из крупнейших на Земле равнин – Восточно-Европейской равниной, или Русской, соответствующей одноимённой древней платформе (средние высоты равнины ок. 170 м). В геоструктурном отношении равнина соответствует Восточно-Европейской платформе, включает денудационную равнину на Балтийском щите и собственно Восточно-Европейскую равнину на Русской и Скифской плитах. Наибольшие высоты отмечаются на Кольском полуострове в Хибинах, наименьшие – на побережье Каспийского моря.

Северные районы. Кристаллический фундамент платформы, сложенный прочными магматическими и метаморфическими породами, обнажается в пределах Балтийского щита в Карелии и на Кольском полуострове. В течение плейстоцена регион неоднократно покрывался гигантскими ледниками, которые распространялись отсюда на юг и восток. Созданный ими рельеф мало изменился и до сих пор определяет облик ландшафта. Преобладают как экзарационные формы, связанные с разрушительной деятельностью ледниковых покровов (выпаханные ими многочисленные понижения, занятые озёрами или болотами, «бараньи лбы» и «курчавые скалы»), так и формы ледниковой и водно-ледниковой аккумуляции (друмлины, озы, камы, моренные гряды). Выделяется также ряд крупных возвышенностей – тундр, в т. ч. низкогорного облика (Ловозерские тундры). Максимальные высоты (более 1000 м) имеют Хибины. К югу и востоку от Балтийского щита кристаллический фундамент платформы погружается под чехол осадочных пород палеозоя. В континентальной части Архангельской области и в Республике Коми на них развиты заболоченные равнины, чередующиеся с плато, кряжами и грядами. В ряде районов широко распространены карстовые ландшафты (Беломорско-Кулойское плато, высота до 217 м). Крупнейшая возвышенность – Тиманский кряж (высота до 471 м) – отмечает выход докембрийских складчатых структур и отличается относительно резкими формами рельефа. Близ Урала в рельефе намечаются крупные волнообразные формы, отражающие складки в осадочном чехле платформы (гряда Чернышёва, высота до 253 м). Вдоль арктического побережья протягиваются Большеземельская тундра (высота до 253 м) и Малоземельская тундра (высота до 171 м), в рельефе которых заметно влияние многолетней мерзлоты и древних оледенений, оставивших моренные холмы и гряды – мусюры. Южное ограничение Балтийского щита отчётливо выражено в рельефе в виде Балтийско-Ладожского уступа (Глинт) высотой до 56 м. К югу от него простираются известняковые плато, расчленённые каньонообразными долинами и изобилующие карстовыми формами. С плато на юге граничат чашеобразные котловины ледникового происхождения, центральные части которых заняты озёрами: Чудско-Псковским, Ильмень, Белым и др. Котловины окружены грядами и возвышенностями (Валдайская, Бежаницкая, Тихвинская, высота до 300– 350 м), имеющими сложный холмисто-западинный моренный рельеф, оставленный валдайским оледенением. Характерны звонцы – изолированные плоские вершины, возникшие на месте ледниковых озёр. Аналогичный рельеф имеют Смоленско-Московская и продолжающая её на северо-востоке Галичско-Чухломская возвышенности, образовавшиеся в эпохи днепровского и московского оледенений.

Вид на Волгу с гор Жигули.

Центральные районы. Включают Среднерусскую возвышенность, Приволжскую возвышенность, Общий Сырт и Бугульминско-Белебеевскую возвышенность; Северные Увалы, Уфимское плато, Высокое Заволжье и примыкающее к нему Предуралье, а также разделяющие их понижения: Мещёрскую низменность, Окско-Донскую равнину и долины основных рек (Волга, Дон, Кама, Ока). Регион не подвергался оледенению и формировался под длительным влиянием флювиальных (преимущественно эрозионных) процессов. Междуречья, как правило, широкие, рельеф плоский или слабовыпуклый, реже волнистый. В Предуралье их осложняют отдельно стоящие останцы (шиханы) и карстовые явления (например, Кунгурская пещера). Реки свободно меандрируют, на низкой пойме – многочисленные старицы. Долины широкие и асимметричные: с крутым, как правило, правым и отлогим левым склоном, на котором хорошо выражена лестница террас. Украшением долин служат живописные обрывы – горы (Жигули и Государева гора на Волге, Воробьёвы горы в Москве, Галичья гора на Дону, Белогорье на Ворскле и Осколе и др. ). С высокими крутыми берегами рек на Восточно-Европейской равнине связаны такие опасные явления, как оползни, возникновение которых в значительной степени обусловлено влиянием хозяйственной деятельности человека. Другое стихийное бедствие, вызванное антропогенным вмешательством, – ускоренная овражная эрозия, наибольших размеров достигшая в чернозёмных областях после их почти повсеместной распашки и сведения лесов.

Южные районы. Заняты полосой приморских Кубано-Приазовской низменности и Прикаспийской низменности. Их соединяет Кумо-Манычская впадина, всего несколько тысячелетий назад служившая проливом, объединявшим Азово-Черноморский и Каспийский бассейны. Прикаспийская низменность имеет подчёркнуто плоский рельеф морского и аллювиально-дельтового происхождения; к берегу Каспийского моря она понижается до отметки –28,4 м (2019) – самая низкая точка России. Незначительное осложнение вносят цепи бэровских бугров проблематичного генезиса и впадины, заполненные солёными озёрами (Эльтон и Баскунчак), образовавшимися над соляными куполами. Есть также участки перевеваемых песков с эоловым рельефом (барханы, дюны и т. п.). Аномальную для данного района высоту (до 250 м) имеет «песчаная гора» Сарыкум. Общая равнинность территории несколько нарушается восточным окончанием Донецкого кряжа (в пределах России высота до 215 м), Сальско-Манычской грядой (высота до 221 м) и возвышенностью Ергени (высота до 222 м). В качестве переходного звена к горам Кавказа выступает Ставропольская возвышенность, имеющая вид обширного высокого, расчленённого долинами рек купола, который отвечает изгибу осадочных толщ чехла платформы, произошедшему в новейшее (плиоцен-четвертичное) время, высота до 831 м (гора Стрижамент). В соответствии с тёплым и сухим (семиаридным и аридным) климатом в экзогенном морфогенезе южных районов Восточно-Европейской равнины существенную роль играют эоловые процессы. Их активизации весьма способствует хозяйственная деятельность, прежде всего распашка и выпас. Временами они приобретают характер опасных и даже катастрофических явлений (чёрные бури, связанные с выдуванием плодородного почвенного слоя).

Крымские горы

Горная система, протягивающаяся на юге Крымского полуострова (Крыма) параллельно берегу Чёрного моря с юго-запада на северо-восток в виде трёх гряд, разделённых двумя продольными долинами. Отличаются высокой концентрацией в пределах сравнительно небольшой территории уникальных геолого-геоморфологических феноменов.

Главная гряда (Яйла) имеет протяжённость 150 км (от Балаклавы до горы Агармыш) и максимальную высоту 1545 м (гора Роман-Кош на Бабуган-Яйле, высшая точка Крымских гор). Внутренняя гряда достигает в длину 125 км (от Сапун-Горы до Старого Крыма), высота до 739 м (гора Кубалач). Внешняя гряда вытянута на 114 км (от мыса Фиолент до г. Старый Крым), она самая короткая и невысокая – высота 344 м (гора Казанташ), за небольшие высоты её часто называют предгорьем. Ширина гор составляет 50–60 км. Внутренняя и Внешняя гряды представляют собой типичные куэсты, они имеют одинаковый характер склонов, полого наклонённые на северо-запад и север, крутые с юга. Вершинная поверхность Главной гряды представляет собой цепь плоских столообразных вершин – яйл. Западная часть Яйлы – волнистое плато, её отдельные части носят названия: Байдарская, Ай-Петринская, Ялтинская, Никитская, Гурзуфская,  Бабуган-Яйла. На востоке она распадается на более или менее изолированные платообразные массивы – Чатырдаг, Долгоруковская Яйла, Демерджи-Яйла, гора Тырке, Караби-Яйла. Очень ярко выражен карст Яйлы, он служит классическим примером голого карста средиземноморского типа. В расселинах склонов большинства яйлнаходится множество перевалов. Южный склон Главной гряды образует полосу Южного берега Крыма, для его рельефа характерны амфитеатры, нагромождения скал (т. н. хаосы), живописные изолированные массивы (Карадаг, Аюдаг, Кастель и др.).

Горы Урала

Общие сведения. Протяжённая горная система Урала, образующая условный рубеж между Европой и Азией, существует изолированно от других горных стран континента в окружении обширных равнинных пространств и простирается почти меридионально более чем на 2000 км, образуя важный физико-географический рубеж на севере материка. В морфоструктурном отношении Уральские горы соответствуют складчатому палеозойскому комплексу, пронизанному интрузиями разного состава, который образует древнюю шовную зону вдоль восточной границы Восточно-Европейской платформы. Эта древняя горная система в новейшее время была омоложена тектоническими движениями умеренной интенсивности. В целом Уральские горы представляют собой низкогорье с преобладанием малых (первые сотни метров) перепадов высот и пологих склонов. Традиционно горная система подразделяется на Полярный Урал, Приполярный Урал, Северный Урал, Средний Урал и Южный Урал; каждый участок имеет индивидуальные черты морфологии и особенности истории развития рельефа. В морфоструктурном отношении северным продолжением Урала является невысокий кряж Пай-Хой (гора Море-Из, 423 м), занимающий внутреннее пространство Югорского полуострова.

Полярный Урал имеет протяжённость более 380 км. Его юго-западное простирание несколько отличается от генерального для всей горной системы. Полярный Урал – валообразное поднятие, расчленённое широкими крутосклонными долинами на обособленные горные массивы. Практически повсеместно наблюдаются следы гляциальной обработки рельефа – реликты эпох плейстоценовых оледенений. В осевой зоне выделяется ряд гребней альпийского типа с остроконечными вершинами – карлингами и крутыми склонами (высшая точка – гора Пайер, 1472 м). Долины – типичные троги с корытообразным поперечным профилем – следствие деятельности ледника, в некоторых – озёра.

Приполярный Урал достигает ширины 150 км, его протяжённость 230 км, максимальная высота 1895 м (гора Нáродная). Горная система распадается на ряд субпараллельных хребтов, образующих на севере широкий веер. Выделяются изолированные массивы альпийского типа, которые возвышаются над окружающим плоскогорьем на несколько сотен метров, среди них – гора Манарага (1662 м) и гора Сабля (1497 м) с эффектными зазубренными гребнями и небольшими ледниками на склонах.

Северный Урал является самой протяжённой (более 500 км) частью горной системы. Образован рядом параллельных орографических линий (Поясовый Камень, Тулымский Камень, Хозатумп и др. хребты), разделённых широкими тектоническими понижениями. Высшая точка – гора Тэлпозиз (1617 м) в северной части, где ещё обнаруживаются следы ледниковой деятельности с резкими чертами рельефа. На остальном пространстве господствуют пологие склоны и плавные очертания вершин. Исключение составляют обособленные массивы – камни: Тулымский (1469 м), Денежкин (1492 м), Конжаковский (1569 м) и др., их пирамидальные вершины покрыты каменными россыпями, на склонах выделяются ступени – нагорные террасы. Характерная черта Северного Урала – наличие останцов – тумпов на низких уплощённых вершинах. На плато Маньпунёр (высота до 840 м) возвышается серия 30-метровых каменных столбов.

Средний Урал – наиболее низкая часть горной системы протяжённостью ок. 400 км. Основное пространство занято высокими равнинами, осложнёнными увалами (Киргишанский, высота до 555 м; Коноваловский, до 726 м) и кряжами (Каслинско-Сысертский, высота до 508 м), к которым фактически следует причислить и возвышенности, именуемые хребтами (Уфалейский, высота до 609 м). Низкогорьями на Среднем Урале могут считаться лишь незначительные по площади массивы (высшая точка – гора Ослянка, 1119 м).

Южный Урал достигает ширины 250 км при протяжённости ок. 550 км. Его образуют более десятка субпараллельных хребтов, веером расходящихся в южном направлении. Выделяется ряд массивов: Большой Иремель (1582 м) и Малый Иремель (1449 м), Ямантау (1640 м) и некоторые др. вершины. На высотах более 1200 м они покрыты каменистыми россыпями и имеют ландшафт тундрового облика. В хребтах Таганай, Зюраткуль и Нургуш встречаются гребни и вершины с резкими живописными чертами скального рельефа, связанными с препарированием вертикально стоящих пластов прочных пород. Широким развитием известняков и др. растворимых горных пород обусловлены карстовые формы рельефа, в их числе – Капова пещера.

Горы Кавказа

Общие сведения. Полоса гор Большого Кавказа общей протяжённостью св. 1200 км ограничивает на юге равнины Европейской части, «замыкая» их между Азово-Черноморским и Каспийским бассейнами. Здесь сосредоточен основной массив высокогорий этой части России. В осевой зоне Большого Кавказа расположены Главный, или Водораздельный, хребет и Боковой хребет. Принадлежащий России северный макросклон Большого Кавказа образован рядом параллельных горных цепей, абсолютные высоты которых нарастают с севера на юг. По простиранию горная система условно подразделяется на западную, центральную и восточную части, различающиеся высотой и геоморфологическим строением. Западной оконечностью Кавказа является Таманский полуостров, среди аккумулятивных равнин которого поднимаются низкие антиклинальные гряды и сопки грязевых вулканов (высота до 164 м).

Вид на высокогорье Большого Кавказа с территории национального парка Приэльбрусье.

Западный Кавказ, начинающийся в районе г. Анапа, на значительном протяжении имеет низкогорный облик. Хребтам свойственна асимметрия: южный склон, обращённый к морю, короткий и крутой; северный – растянутый и заметно более пологий. В рельефе отчётливо прослеживается молодая складчатая морфоструктура в виде продольных гряд и разделяющих их понижений. В податливых мезокайнозойских известняках, глинах и мергелях короткие водотоки промыли глубокие ущельевидные долины, которые расчленили хребты на многочисленные узкие отроги. Среднегорье приурочено к осевой зоне, которая обособляется в виде Главного (Водораздельного) хребта. Выразительностью скульптурных форм отличаются урочище Лагонаки (высота до 2200–2500 м) и массив горы Фишт (2867 м), что связано с препарированием карстующихся известняков. Здесь и на склонах, обращённых к побережью, много пещер (Воронцовская и др.), живописных каньонов, водопадов. Вдоль северного подножия Большого Кавказа протягиваются моноклинальные гряды – куэсты: хребты Скалистый хребет, Пастбищный и Чёрные горы, образованные полого наклонёнными на север пластами осадочных пород, с пологим северным склоном и крутым обрывистым до отвесного – южным. Высокогорье Большого Кавказа приурочено главным образом к глыбовым морфоструктурам, сложенным более древними, преимущественно докембрийскими, отчасти палеозойскими, породами. Заметная роль в его строении принадлежит также кайнозойским вулканитам, образующим крупные массивы. Расчленение горного рельефа достигает максимальных значений и представлено глубочайшими (2–3 км относительных превышений) долинами-ущельями (долина верхней Кубани и её притока Лабы). В нижнем течении, ближе к выходу из гор, они имеют V-образный поперечный профиль, в верховьях – троговый U-образный облик. Общий фон высот вершин заметно превышает 3000 м и возрастает в восточном направлении. Гребневая линия хребтов имеет пилообразный продольный профиль. Почти все вершины несут ледники и вечные снега. Западный Кавказ ограничен на востоке вулканическим массивом Эльбруса.

Центральный Кавказ, простирающийся к востоку от Эльбруса, характеризуется максимальными высотами. Ему также свойственно членение на ряд продольных горных цепей, продолжающихся за его пределами. Вершины Главного (Водораздельного) хребта не ниже 4000 м, наиболее высокие – Шхара (5068 м) и Джангитау (5058 м). Гребень хребта в районе этих вершин обрывается на север в виде часто почти отвесной Безенгийской стены. Аналогичный облик имеет Боковой хребет – горная цепь, состоящая из ряда коротких хребтов, разделённых глубокими ущельями. Высшие точки – пики Койтантау (5152 м) и Дыхтау (5204 м). На востоке Центральный Кавказ завершает пограничный вулканический массив Казбека (5033 м). В предгорной зоне продолжаются куэсты – Скалистый хребет (высота до 3646 м). На Минераловодском плато выделяются отдельно стоящие куполообразные вершины – лакколиты: Бештау (1401 м), Машук (993 м) и др.

Восточный Кавказ образован значительным (до 160 км) расширением горной системы, выпуклой частью обращённой к северным равнинам. Слагается осадочными породами мезозоя и кайнозоя, смятыми в складки. Общий фон высот заметно снижен: средняя высота 2500–3000 м, высшая точка – гора Тебулосмта (4492 м). Структура отчётливо прослеживается в сложной орографии региона и в морфологии многочисленных хребтов, имеющих собирательное название «Дагестан». Широко распространены куэсты и структурные склоны. Имеются прямая (антиклинальные хребты и синклинальные долины) и обращённая (антиклинальные долины, синклинальные хребты и плато) складчатые морфоструктуры (наиболее известны Гуниб и Хунзах). В северных предгорьях выделяется ряд низких антиклинальных хребтов: Терский (высота до 593 м), Сунженский (гора Заманкул, 926 м) и др. Они обособляют Осетинскую и Грозненскую равнины. Контрастный рельеф гор Кавказа и большие абсолютные высоты обеспечивают развитие широкого спектра экзогенных процессов, их массовый характер и высокие скорости протекания. На первом месте – гравитационные явления (обвалы, оползни, осыпи, лавины), которые нередко приобретают опасные и катастрофические масштабы. Весьма энергичны русловые процессы и связанная с ними селевая деятельность.

Западно-Сибирская равнина

Общие сведения. Одной из крупнейших низменных аккумулятивных равнин земного шара является Западно-Сибирская равнина, которая занимает обширное пространство между горами Урала и долиной Енисея и включает однообразные равнины низменного облика (площадь ок. 3 млн. км²). Равнина сформировалась на одноимённой плите, сложенной мощными толщами осадочных пород, в основании которой находится складчатый фундамент преимущественно палеозойской консолидации. Высшие точки находятся на западной и южной периферии равнины и принадлежат кряжевым возвышенностям в зонах перехода к горам Урала и Алтая; средняя высота ок. 120 м. В целом пространство Западной Сибири обнаруживает слабый уклон с юга на север, к побережью Карского моря.

Север Западно-Сибирской равнины занят плоскими равнинами с преобладающими высотами 30–80 м, осложнёнными Гыданской, Юрибейской и др. грядами (высота до 150 м). В рельефе видны следы плейстоценовой морской и ледниковой аккумуляции. Широко распространены криогенные процессы, формирующие хасыреи (западины с ячеистым микрорельефом), седэ (наледные бугры), рэпы (бугры пучения), солифлюкционные оплывины на склонах и др. характерные формы. В связи с хозяйственной деятельностью человека (освоение месторождений нефти и природного газа) активизировались процессы термоэрозии, что привело к появлению многочисленных оврагов.

Центр Западно-Сибирской равнины осложнён крупным валообразным поднятием субширотного простирания – Сибирскими Увалами (высота до 245 м). Прочие возвышенные части заметно ниже: Тобольский Материк (высота до 105 м) и Белогорский Материк (высота до 231 м), Васюганская равнина (высота до 170 м). Повсеместно идут сильные процессы заболачивания, особенно на плоских междуречьях, где формируются согры, рямы и гальи – ландшафты с характерным кочковатым рельефом торфяников.

Юг Западно-Сибирской равнины занимают Ишимская равнина, Барабинская низменность и Кулундинская равнина с почти идеально плоским рельефом, незначительно нарушаемым замкнутыми понижениями и низкими «гривами» – протяжёнными грядами преимущественно северо-восточного простирания. Исключение составляет холмисто-грядовый рельеф Приобского плато и Предалтайской равнины, поднимающихся до 300 м и более.

Средняя Сибирь

Общие сведения. Один из самых крупных природных регионов в России – Средняя Сибирь – расположен в центральной части Сибири, между долиной реки Енисей и западным подножием Верхоянского хребта. На юге граничит с горами Алтая, Саян, Прибайкальем и Забайкальем. На севере омывается морями Карским и Лаптевых. Площадь ок. 4 млн. км². Протяжённость с севера на юг 2800 км, с запада на восток 2500 км. Рельеф Средней Сибири отличается большим разнообразием: на севере – Бырранга горы, южнее – Северо-Сибирская низменность с останцовыми грядами, на востоке – Центральноякутская низменность, на юге – Иркутско-Черемховская равнина. Бóльшую часть Средней Сибири занимает крупнейшее в России Среднесибирское плоскогорье.

Плато Путорана. Водопад.

Среднесибирское плоскогорье и примыкающие к нему равнины и низменности, в совокупности соответствующие крупному тектоническому образованию – Сибирской платформе с раннедокембрийским кристаллическим основанием, составляют основу рельефа региона. Длительное (с мезозоя) формирование рельефа в субаэральных условиях, неравномерное поднятие земной коры, литологическая неоднородность толщ, слагающих чехол платформы, и резко континентальный климат с господством многолетней мерзлоты обусловили весьма сложное орографическое строение и разнообразие морфоскульптуры. Наибольшее развитие получили плато, сформированные на осадочных породах чехла платформы и внедрившихся в них пластовых интрузиях, часто выраженных в рельефе в виде траппов – ступеней на склонах и междуречьях. Плато расчленены глубокими каньонообразными долинами, русла текущих в них рек часто также имеют ступенчатый профиль, изобилуют порогами, стремнинами (местами водопадами). На юге Среднесибирского плоскогорья выделяются Приангарское, Бирюсинское плато и Лено-Ангарское плато, в целом образующие несколько крупных волнообразных форм рельефа, соответствующих пологим изгибам пластов горных пород. Высоты нарастают с запада на восток, достигая почти 1500 м. Плато осложнены рядом коротких низких (высота до 1000 м) хребтов (Анадекан, Катырминский и др.) и кряжей (Ангарский, Ковинский). На юго-востоке, по обоим берегам среднего течения Лены, простирается обширное, слегка поднимающееся с севера на юг Приленское плато (высота до 700 м). Вдоль границы плато с горами Южной Сибири и Прибайкалья протягиваются Иркутско-Черемховская равнина и Предбайкальская впадина (высота до 300–700 м) с пологим волнообразным рельефом. Юго-западный край Среднесибирского плоскогорья образован выступом кристаллического основания платформы со свойственными ему чертами низкогорья с куполовидными вершинами – Енисейский кряж (высота до 1125 м). Центральные районы плоскогорья заняты обширными плато – Заангарским, Тунгусским, Центральнотунгусским, Сыверма и Вилюйским плато; высоты их плоских вершин колеблются от 400 до 800 м, местами над ними возвышаются изолированные кряжи (гора Наксон, 1035 м). На севере плоскогорья выделяется обособленный купол Анабарского плато (высота до 908 м), в центральной части которого обнажаются древнейшие (архейские) породы фундамента. На его западных склонах находится кольцеобразное понижение рельефа проблематичного генезиса – Попигайская астроблема (ударная, или импактная, морфоструктура космического происхождения). Наиболее приподнята северо-западная часть плоскогорья – плато Путорана (гора Камень, 1678 м), расчленение рельефа достигает здесь максимальной глубины (500–800 м) и выразительности, создавая облик горного ландшафта. Плейстоценовое оледенение преобразовало долины в типичные троги, широкие днища которых на участках переуглубления заняты озёрами. Склоны осложнены многочисленными карами, в некоторых из них до сих пор сохраняются небольшие ледники.

Центральноякутская низменность, в которую на востоке постепенно переходит Среднесибирское плоскогорье, простирается вдоль нижнего течения Лены и её левого притока Вилюя. Для неё характерны криогенные процессы и связанные с ними булгунняхи. Широко распространены крупные, но неглубокие, округлые в плане термокарстовые западины, возникшие на месте растаявших масс подземного льда, – аласы. Многие из них заняты озёрами. На пологих длинных склонах возвышенностей господствует солифлюкция – медленное сползание оттаявших грунтов, в результате чего формируются узкие параллельные полосы – делли. Резкий контраст с криогенными формами образуют участки не закреплённых растительностью песков с эоловой переработкой (барханы, дюны).

Северо-Сибирская низменность, примыкающая с севера к Среднесибирскому плоскогорью, приурочена к крупному прогибу, заполненному мезокайнозойскими осадками, простирается в субширотном направлении. Плоские заболоченные участки с абсолютными отметками 50–100 м и господством криогенной морфоскульптуры чередуются с моренными холмами и грядами высотой до 300 м. Выделяются также скалистые останцовые гряды – гербеи и изолированные кряжи с платообразными вершинами – тасы. Ряд форм связан с соляно-купольной тектоникой в виде крупных холмов и округлых впадин с озёрами (Портнягино).

Горы Бырранга – возвышенная северная часть полуострова Таймыр. Низкогорный облик имеет лишь компактный массив на востоке полуострова (высота до 1125 м). Остальное пространство занимают холмистые равнины и гряды высотой 250–400 м, вершины которых изредка поднимаются до высоты 600–700 м. Преобладает реликтовая морфоскульптура ледниковой эрозии (экзарации): троговые долины, сглаженные скальные выступы; в низкогорье – каровая переработка склонов, на которую наложена криогенная переработка процессами солифлюкции, курумообразования, морозного выпучивания.

Южная Сибирь

Общие сведения. Ряд горных стран на юге Азиатской части России образует горный пояс широтного простирания, смыкающийся на востоке с горами Дальнего Востока. В морфоструктурном отношении их объединяет принадлежность к поясу палеозоид Центральной Азии, вытянутость вдоль южной окраины Сибирской платформы и длительная, в целом унаследованная от древних этапов, история развития рельефа. Морфоскульптура региона определяется в основном резко континентальным климатом, который обусловливает широкое развитие физического выветривания и криогенных процессов. Соотношение гор и равнин в переходной полосе различно. На западе, в предгорьях Алтая, имеет место постепенное нарастание высот с выделением ряда гряд, кряжей и низких хребтов. Среди них – Салаирский кряж (высота до 621 м, гора Кивда), западный склон которого пологий и длинный, на нём ещё сохраняются черты высокой равнины. На восток возвышенность спускается более резко и имеет полугорный облик. Аналогичное асимметричное строение имеет протяжённая горная страна Кузнецкий Алатау, состоящая из множества коротких, преимущественно низких, хребтов и кряжей (гора Верхний Зуб, 2178 м) с эрозионным рельефом. Лишь отдельные массивы, поднимающиеся выше 1800 м, можно причислить к среднегорью, но и они, как правило, имеют плоские вершины – таскылы, с восточной, подветренной стороны ограниченные крутыми склонами с каровыми полостями. Пространство между Салаиром и Алатау занимает Кузнецкая котловина со сложным эрозионным расчленением, на юге она переходит в массив Горной Шории (высота до 1614 м). Замыкает полосу низкогорий Абаканский хребет (высота до 1984 м) – своеобразный переходный мост к среднегорьям Саян и Алтая.

Русский Алтай является частью обширной горной страны, которая простирается на сопредельные территории Казахстана, Монголии и Китая и имеет в целом сводовые очертания, отражающие неравномерную интенсивность новейших поднятий. Выделяется система глыбовых хребтов и внутригорных впадин. Центральные и южные районы занимает высокогорье альпийского типа с резко расчленённым рельефом и значительных размеров горно-долинным оледенением. Его образуют хребты Сайлюгем (высота до 4082 м), Южно-Чуйский (высота до 3936 м), Северо-Чуйский хребет (высота до 4177 м) и Катунский с высшей точкой Алтая и всей Сибири – горой Белуха (4506 м). Вершины покрыты вечными снегами (белки). Хребты высокогорья разделены котловинами тектонического происхождения, крупнейшие – Чуйская и Курайская степи. Юго-восток Алтая занят главным образом средневысотными плоскогорьями (высота до 2000–2500 м). Исключение составляют изолированный массив Монгун-Тайга (3970 м) и пограничные с Саянами хребты Шапшальский (высота до 3608 м) и Цаган-Шибэту (высота до 3383 м). Широко развита реликтовая ледниковая морфоскульптура, большой интенсивности достигают современные криогенные и гравитационные процессы. Плоскогорный облик имеют северные и западные периферии горной страны, где выделяется ряд веерообразно расходящихся хребтов; по мере приближения к окружающей равнине их абсолютные отметки уменьшаются, среднегорье сменяется низкогорьем. В вершинном поясе прослеживаются фрагменты древнего пенеплена, преобразованного процессами нивации и курумообразования. На склонах и в долинах преобладает эрозионная морфоскульптура; часто они имеют вид ущелий. Крупный тектонический провал на северо-востоке занят живописным Телецким озером.

Восточный Саян. Тункинские Гольцы.

Саяны и горы Тувы, непосредственно примыкающие с востока к Алтаю, имеют существенно иную орографию. Образующие их хребты заметно ниже, имеют вид широких валообразных поднятий преимущественно субширотного и северо-восточного простирания (в отличие от Алтая, где характерны субмеридиональные и северо-западные направления) и разобщены крупными котловинами. Западный Саян имеет максимальную отметку 3122 м (массив Кызыл-Тайга), основной фон высот вершин составляет 2000–2500 м (некоторые хребты – Уюкский, Ергак-Таргак-Тайга – немного ниже). Преобладают массивные куполовидные и уплощённые вершины, покрытые каменными развалами. Следы плейстоценовых оледенений развиты спорадически, к ним приурочены крутые склоны и острые гребни. Аналогичное соотношение криогенной и гляциальной морфоскульптуры характерно и для Восточного Саяна, который несколько выше (гора Мунку-Сардык, 3491 м). Плоские безлесные вершины его сниженных западных и северных отрогов часто покрыты светлым лишайником ягелем, отчего получили местное название «белогорья». Для хребтов более высокой, восточной части свойственны широко распространённые в Сибири гольцы – Китойские, Тункинские и др. Здесь же выделяется относительно сниженное Окинское плоскогорье. Для него и для окружающих его гор характерно широкое развитие вулканического рельефа. Последние извержения происходили в голоцене, созданные ими формы прекрасно сохранились (вулканы Кропоткина, Перетолчина и связанные с ними лавовые потоки). В горах Тувы выделяются хребты: Академика Обручева (высота до 2895 м), Танну-Ола (высота до 3056 м) и Сангилен (высота до 3276 м), весьма сходные по геоморфологическому строению с описанными выше горами. Между ними и Саянами, а также у подножий расположены Минусинская, Тоджинская (Восточно-Тувинская), Тувинская, Тункинская, Туранская и Убсунурская котловины. Рельеф их весьма разнообразен: фрагменты плоских, наклонных и ступенчатых аккумулятивных равнин, созданных речными и озёрными отложениями; сниженные отроги с густым эрозионным расчленением; холмисто-западинный моренный ландшафт с многочисленными озёрами; участки с перевеваемыми песками, собранными в барханы; небольшие вулканические конусы и короткие лавовые потоки.

Байкальская рифтовая система, занимающая центральное положение в горах Южной Сибири, выражена в рельефе цепью крупных впадин, вытянутых в северо-восточном направлении. На фоне общего, унаследованного от древнейших этапов, развития региона рифтовая система является относительно молодым новообразованием. Хотя начало формированию крупных наложенных расколов земной коры было положено ещё в палеоцене, основные подвижки по ним, достигающие амплитуды в несколько километров, произошли в неоген-четвертичное время. Они имели подчёркнуто блоковый характер, который выразился в резко контрастном рельефе, прямолинейности и угловатости границ впадин и поднятий. Крупнейшая впадина (длина до 700 км, ширина до 50 км) занята в основном озером Байкал (глубина 1642 м). Дно её выстлано слоем осадков мощностью до 6 км и более и осложнено рядом поднятий, которые образуют острова (Ольхон и др.) и полуострова (Святой Нос). В рифтовую систему входит уже упомянутая Тункинская впадина, а также Баргузинская котловина, Верхнеангарская, Муйско-Куандинская, Верхнечарская впадины и ряд др. Погружение блоков земной коры в их пределах было не столь значительным, днища выстилаются сравнительно маломощным (кроме Тункинской) слоем осадков и заняты преимущественно широкими долинами рек. Следует отметить также криогенную переработку аккумулятивных равнин (термокарст, бугры пучения) и массивы полузакреплённых песков с эоловым рельефом.

Забайкалье – обширный регион со сложной орографией, расположенный к востоку от озера Байкал, от Патомского нагорья и Северо-Байкальского нагорья на севере до границы с Монголией и Китаем на юге и до рек Аргунь и Олёкма на востоке. На северо-востоке выделяется Становое нагорье, где максимальные высоты имеют хребет Кодар (до 3072 м) и Южно-Муйский хребет (до 3067 м), которые контактируют с впадинами рифтовой зоны и своим обликом напоминают горы Прибайкалья. По мере удаления от рифтовой зоны среднегорье сменяется низкогорьем, уменьшаются высотные контрасты и крутизна склонов. Север региона замыкает Патомское нагорье (высота до 1771 м) с древней складчатой структурой, которая находит отражение в ориентировке дугообразно изогнутых хребтов и разделяющих их долин. Центральную часть Забайкалья занимает Витимское плоскогорье (высота до 1846 м), состоящее из ряда низких валообразных хребтов северо-восточного простирания. На юго-востоке его продолжает ряд протяжённых хребтов сходного облика, из которых наиболее значительны Яблоновый хребет (высота до 1706 м), Цаган-Хуртэй (высота до 1586 м), Черского (высота до 1644 м), Олёкминский Становик (высота до 1908 м) и Борщовочный хребет (высота до 1498 м). Для низкогорий характерно широкое развитие процессов курумообразования; есть проявления четвертичного вулканизма, оставившие в рельефе следы в виде плато и небольших конусов. Аналогичен облик большинства хребтов Южного Забайкалья. Среди специфических черт рельефа можно отметить крупные тектонические понижения, занятые аккумулятивными равнинами (Гусиноозерская котловина), и изолированные среднегорные массивы (гольцы Сохондо, 2500 м, и Барун-Шабартуй, 2519 м). Хорошо выражена экспозиционная асимметрия гребней, связанная с неравномерностью их освещения. Южные, хорошо прогреваемые, сухие и безлесные склоны (солонопёки) заметно круче северных, заболоченных и подверженных интенсивной криогенной переработке.

Прибайкалье – территория, прилегающая с запада и востока к озеру Байкал (часто рассматривается как часть Забайкалья), объединяет хребты Приморский хребет (гора Трёхголовый Голец, 1746 м), Байкальский хребет (гора Черского, 2588 м), Хамар-Дабан (высота до 2371 м), Баргузинский хребет (высота до 2841 м) и ряд менее значительных поднятий между ними. Для них характерен резкий контакт с Байкальской и др. рифтовыми впадинами в виде высоких, крутых тектонических уступов. Вершины до высоты 1800 м чаще уплощённые, с фрагментами первичного пенеплена. Выше заметны следы ледниковой обработки, наиболее высокие гребни имеют черты альпийского рельефа со свойственной ему пилообразностью гребней и каровой моделировкой склонов. Высокая сейсмичность региона провоцирует обвалы, оползни, лавины и сели.

Восточная часть гор Южной Сибири приурочена к высокоподнятому краю Сибирской платформы – Алдано-Становому щиту, в пределах которого осадочный чехол либо отсутствует, либо весьма маломощен. Бóльшая его часть занята Алданским нагорьем. Максимальных высот (до 2306 м) достигают лишь отдельно стоящие куполовидные вершины, сложенные магматическими горными породами. Они на несколько сотен метров возвышаются над плоскими междуречьями, которые фактически являются продолжением южных плато Среднесибирского плоскогорья. Главным осложняющим элементом рельефа служат долины-каньоны, рассекающие на глубину до 500 м и более древнейшие кристаллические породы фундамента. Вдоль южной окраины нагорья простирается асимметричный Становой хребет: северный склон весьма пологий, незаметно переходящий в нагорье; южный – крутой и короткий, обращённый в сторону равнин и впадин Приамурья. Резко выдающиеся среднегорные массивы (высота до 2256 м) несут следы ледниковой обработки, в целом преобладает низкогорье с нивально-криогенным рельефом гольцового облика. В понижениях – небольшие вулканические конусы и лавовые покровы.

Северо-Восток Сибири

Общие сведения. Северо-Восток Сибири отличается исключительно сложной орографией, которую образуют несколько горных систем, ряд нагорий и плоскогорий, чередующихся с обширными низменными равнинами и многочисленными впадинами. В морфоструктуре региона отражается его положение на стыке трёх литосферных плит – Евразийской, Северо-Американской и Тихоокеанской: мозаичное строение земной коры и длительная история развития, в ходе которой неоднократно происходили кардинальные перестройки текто- и морфогенеза. Последние из них выразились в двух главных направлениях орографии. Северо-западное простирание свойственно побережью Арктики и внутренним районам, в которых преобладают структуры мезозойской консолидации. Северо-восточное направление более характерно для Тихоокеанского побережья, где распространены молодые вулканические образования и сильно влияние альпийского орогенеза. Для морфоскульптуры Северо-Востока решающее значение имеет суровый континентальный климат с продолжительными морозными и малоснежными зимами, который обусловливает повсеместное развитие мощной многолетней мерзлоты и господство криогенных процессов.

Горные системы (традиционно называемые хребтами) состоят из множества горных цепей, массивов и гряд и определяют главные черты орографии внутриконтинентальных районов Северо-Востока. Их протяжённость до 1000 км и более. Вдоль восточного края Сибирской платформы в виде валообразных поднятий протягиваются Верхоянский хребет и Сетте-Дабан, восточнее – Черского хребет и Момский хребет. В основе горных систем лежит толща палеозойских и мезозойских осадочных пород, смятых в складки. Преобладают низкогорья, в орографии которых чётко прослеживается складчатая структура в виде параллельных либо кулисообразно расходящихся гребней. Хребты рассечены сквозными долинами, прорезающими горы в крест их простирания (антецедентные долины). Среднегорье приурочено к осевой зоне и имеет черты крупных глыбовых поднятий. Отходящая на юго-восток горная система хребта Сунтар-Хаята орографически продолжает Верхоянскую, сходна с ней по рельефу, но имеет иное внутреннее строение. Её слагают докембрийские кристаллические породы. Протяжённые южные отроги, спускающиеся к Охотскому морю, перекрыты кайнозойскими вулканитами.

Плоскогорья и нагорья также характерны для внутриконтинентальных районов Северо-Востока. Полосу относительно сниженного рельефа между упомянутыми ранее горными системами образуют сложенные преимущественно аналогичной, но менее дислоцированной осадочной толщей Янское плоскогорье, Эльгинское, Нерское плоскогорья, Оймяконское нагорье и Верхнеколымское нагорье. Высоты плоских вершин постепенно возрастают с северо-запада на юго-восток от 400–600 м до 1000 м и более. Иную морфоструктуру имеет Юкагирское плоскогорье, в основании которого лежит древний кристаллический массив, прикрытый пластами осадочных пород.

Полоса прибрежных низменностей (крупнейшие – Яно-Индигирская низменность и Колымская низменность – расположены в нижнем течении одноимённых рек) простирается на севере региона, их слагает толща мёрзлых пород с высокой (до 90%) степенью льдистости (едома), сформировавшаяся в плейстоцене, когда низменные равнины суши распространялись на шельфовые пространства современных арктических морей. Ныне едома находится в реликтовом состоянии и интенсивно разрушается процессами термокарста, термоэрозии и термоабразии, которые формируют характерный криогенный рельеф низменностей. Плоские участки имеют абсолютные отметки 30–70 м, с ними резко контрастируют изолированные холмы и кряжи (высота до 400–500 м), сложенные плотными коренными породами. Низменные пространства прерываются также крупными возвышенностями: Полоусный кряж и кряж Улахан-Сис, Алазейское плоскогорье.

Внутригорные понижения занимают особое положение в орографии и морфоструктуре Северо-Востока. Среди них размерами и геодинамикой выделяется система котловин с резкими крутосклонными бортами – Момо-Селенняхская впадина и продолжающая её на юго-востоке Сеймчано-Буюндинская впадина – Момский рифт.

Изометричные массивы магматогенного происхождения – отличительная черта морфоструктуры Северо-Востока. Их можно обнаружить почти повсеместно, но чаще в осевых частях хребтов, где они слагаются интрузиями преимущественно гранитоидного состава. Изометричные массивы резко (на несколько сотен метров) возвышаются над окружающим пространством и занимают в рельефе доминирующее положение. К ним приурочена бóльшая часть среднегорий; на плоскогорьях они образуют низкогорные кряжи, на равнинах – останцовые возвышенности. Есть также конусовидные и куполовидные формы вулканического происхождения. В их числе – экструзивный купол Балаган-Тас голоценового возраста (северный борт Момской впадины) и Анюйский вулкан, извержение которого произошло в 18 в. с образованием кратера и лавового потока, распространившегося вниз по долине.

Охотско-Чукотский вулканогенный пояс, простирающийся вдоль побережья Охотского моря и далее на северо-восток, выражен в рельефе широкой полосой нагорий, плоскогорий, плато и хребтов с весьма разнообразным рельефом. Преобладает расчленённое низкогорье; есть островершинные гребни высотой более 2000 м и плоские междуречья, сохраняющие фрагменты древних вулканических покровов (Ольское плато). Местами встречаются полуразрушенные вулканические постройки центрального типа (Русские горы) и понижения различного генезиса. Среди последних выделяется округлая впадина, занятая озером Эльгыгытгын, космогенного (астроблема) либо вулканического (кальдера) происхождения.

Корякское нагорье, отделённое от вулканогенного пояса полосой межгорных понижений (Парапольский дол и Анадырская низменность), выступает в качестве самой северной морфоструктуры пограничного с Тихим океаном альпийского пояса. Орография нагорья имеет центробежное строение с постепенным нарастанием высот от периферии к срединной части (гора Ледяная, 2453 м).

Дальний Восток

Общие сведения. Территория Дальнего Востока вытянута с севера на юг более чем на 4,5 тыс. км. Омывается водами Берингова, Охотского и Японского морей Тихого океана. Включает материковую часть Евразии, полуостров Камчатка. Преимущественно горная страна, равнины занимают небольшие пространства, главным образом по долинам Амура и его притоков.

Камчатка имеет переходный от материка к океану характер рельефа, который подчёркивается её обособленным полуостровным положением. Она часто включается в состав Курило-Камчатской островной дуги, формирующейся над зоной субдукции и разделяющей океаническую (Тихоокеанскую) и континентальную (Евразийскую) литосферные плиты. Главными орографическими элементами полуострова являются Срединный хребет (высота до 3607 м) и Восточный хребет (высота до 2375 м) складчато-глыбового происхождения. Их разделяет Центральнокамчатская низменность, вдоль западного (Охотского) побережья простирается наклонная Западно-Камчатская низменность, осложнённая серией невысоких антиклинальных гряд. Непосредственным выражением тектономагматических процессов в зоне субдукции является обилие вулканических форм разного размера, морфологии, генезиса и возраста, в т. ч. современных. Крупнейшие среди них – вулканические хребты и массивы, состоящие из слившихся конусов. Выделяется Ключевская группа вулканов с высшей точкой Дальнего Востока и всей Азиатской части России (вулкан Ключевская Сопка). Весьма эффектны отдельно стоящие правильные конусы вулканов Кроноцкая Сопка, Корякская Сопка, Авачинская Сопка и ряда других. Вершины вулканов обычно увенчаны взрывными воронками – кратерами. Есть ряд крупных провальных котловин – кальдер. По периферии вулканические аппараты окружены лавовыми плато, туфовыми и пепловыми равнинами; многочисленны экструзивные купола, шлаковые конусы и прочие мезо- и микроформы вулканического рельефа. Разрушительная деятельность экзогенных процессов приводит к появлению промоин – барранкосов на склонах вулканов. Многие из конусов увенчаны ледниками и несут следы современной и реликтовой (плейстоценовой) гляциальной обработки.

Сихотэ-Алинь.

Горы материковой части занимают наиболее узкую зону на западном побережье Охотского моря. Здесь она представлена единственными горами Джугджур, которые в целом продолжают морфоструктуру Охотско-Чукотского вулканоплутонического пояса Северо-Востока. К югу от Верхнезейской равнины и Удской впадины горный пояс расширяется до 500 км и приобретает сложную орографию. Выделяются преимущественно средневысотная Ям-Алинь-Буреинская (высота до 2370 м) и низкогорная Нижнеамурская (высота до 1573 м) горные страны, каждая из которых состоит из многочисленных хребтов и массивов. На запад отходит низкогорная цепь, образованная хребтами Тукурингра и Джагды. В гетерогенной морфоструктуре Дальневосточного горного пояса мозаично сочетаются фрагменты палеозойской и мезозойской складчатости с преобладанием последней, а также вулканические образования разного возраста и крупные интрузии, в основном гранитоидного состава. Характерная черта орографии – обилие межгорных и внутригорных впадин, частично занятых аккумулятивными равнинами, частично – водоёмами (озёра) и морскими заливами. Выделяется крупное субмеридиональное понижение – Эворон-Чукчагирская депрессия, простирающаяся от долины Амура до Тугурского залива, который фактически является продолжением депрессии. На западе, в Среднем Приамурье, между горами и долиной Амура расположен крупный сниженный массив со ступенчатыми равнинами – Амурско-Зейской равниной и Зейско-Буреинской равниной. Ниже по течению в долине Амура отмечается ещё ряд расширений сложной конфигурации – Среднеамурская и Нижнеамурская низменности. В основном это плоские пойменные равнины с абсолютными отметками до 50 м, над которыми возвышаются кряжи и отдельные вершины, в т.  ч. вулканического происхождения. Завершающим звеном на юге российского сектора Дальнего Востока служит относительно монолитное нагорье Сихотэ-Алинь. Ему свойственна асимметрия: относительно короткий восточный и протяжённый западный макросклоны. Однако высоты главного водораздела не являются преобладающими: высшие точки принадлежат западным отрогам. Сихотэ-Алинь представляет собой типичное среднегорье со средними значениями относительных превышений гребней над речными долинами (300–700 м) и крутизны склонов (7–20º). Ему свойствен сопочный рельеф, состоящий из сочетания пирамидальных (реже куполообразных) вершин со сглаженными мягкими очертаниями. Сопки соединены извилистыми гребнями с низкими, удобными для прохода седловинами-перевалами. Дополнительный элемент в ландшафт Сихотэ-Алиня вносят древние вулканические постройки, концентрирующиеся в основном вдоль побережья Японского моря. Они сохранились в виде отдельно стоящих конусов и базальтовых плато, нередко расчленённых глубокими каньонами.

Острова

В Северном Ледовитом и Тихом океанах и их морях сосредоточено большое количество островов разнообразных по размеру, положению, происхождению и рельефу.

Острова бассейна Северного Ледовитого океана, принадлежащие России, являются возвышенными участками обширного шельфа. Крайнюю северо-западную позицию в российском секторе Арктики занимает архипелаг Франца-Иосифа Земля, более 80% которого скрыто под ледниковыми покровами. Над поверхностью ледника поднимаются редкие нунатаки (высота до 620 м). Прочие, свободные от льда, территории сосредоточены в небольших «арктических оазисах» и на побережье. Они имеют холмистый рельеф с ярко выраженной криогенной морфоскульптурой. Архипелаг Новая Земля и остров Вайгач, по существу, являются северным продолжением горной системы Урала. Полоса суши шириной 100–140 км образует несколько плавных изгибов в соответствии со слагающей её складчатой палеозойской структурой. Много ледников, особенно на острове Северный, где они образуют ледниковый покров. Преобладает горный рельеф с высотами до 1547 м. Вершины в возвышенной среднегорной осевой части альпинотипные, на низкогорной периферии чаще платообразные. Долины имеют подчёркнуто трогообразный облик, часто переходят в заливы – фьорды. Исключение составляют холмистые равнины полуострова Гусиная Земля и острова Вайгач. Реликтовый ледниковый рельеф на открытых участках подвергается интенсивной криогенной и нивальной переработке. Архипелаг Северная Земля в геоморфологическом отношении тесно связан с прилегающей материковой сушей. Сюда продолжаются древние (докембрийские) морфоструктуры северной части Таймыра, которые на гористом острове Большевик поднимаются до 874 м и более. Повсеместны следы гляциальной обработки, которая продолжается под ледниковыми куполами. На не занятых ледниками и горами пространствах обычны плато высотой до 250 м, переходящие на берегах в террасированные равнины. Многочисленные мелкие острова у побережья полуострова Таймыр (Норденшельда архипелаг, острова Сергея Кирова и др. ) представляют собой типичные скалистые шхеры. Новосибирские острова (площадь св. 38 тыс. км²) имеют преимущественно равнинный рельеф (высота до 50–180 м), нарушаемый рядом останцовых групп (высшая точка – гора Де-Лонга, 426 м). Рельеф их аналогичен прибрежным низменностям Северо-Востока: обилие форм термокарста, полигональных грунтов, байджарахов, характерных для слагающих их льдистых толщ (едом). Особое положение занимает недавно осушившаяся Земля Бунге, выступающая ныне в качестве соединительного звена между бывшими островами Котельный и Фаддеевский. Покрывающие её пески подвержены действию ветра и имеют эоловый рельеф. Исключение составляет группа мелких островов Де-Лонга, несущих ледниковые купола. Для них типичны фрагменты базальтовых и песчаниковых плато высотой до 426 м. Крупный остров Врангеля (площадь 7,6 тыс. км²) у северных берегов Чукотки во внутренних частях имеет контрастный гористый рельеф (высота до 1096 м). На севере и юге – заболоченные низменные равнины с полигональным рельефом.

Побережье острова Кунашир с видом на вулкан Головнина.

Острова Тихоокеанского бассейна весьма разнообразны по своему положению, происхождению и рельефу. Из наиболее крупных в пределах шельфа следует отметить Карагинский остров (площадь ок. 2 тыс. км²; высшая точка – гора Высокая, 920 м) у восточного побережья Камчатки и группу Шантарских островов (площадь ок. 2,5 тыс. км²; высота до 720 м) близ западного побережья Охотского моря. В геоморфологическом отношении они сходны с прилегающей материковой сушей: гористы, имеют густое эрозионное расчленение. Командорские острова являются западным окончанием Алеутской островной дуги – надводной части протяжённого хребта на дне океана, окружённого глубоководными впадинами. Острова сложены изверженными породами, в холмогорном рельефе (высота до 631 м) сохраняются черты частично разрушенных вулканических построек. Аналогично происхождение Курильских островов, образующих дугу длиной 1200 км; наиболее крупные – Итуруп, Кунашир, Парамушир и др. В основе их лежат смятые в складки вулканогенно-осадочные толщи мезозоя, над которыми возвышаются вулканические конусы и покровы. Многие из вулканов действующие или были активны в историческое время, отличаются выразительностью форм рельефа. Много конусовидных построек правильной формы (максимальная высота 2339 м – вулкан Алаид). Типичны кратеры и кальдеры, в т. ч. Занятые озёрами; другие формы и комплексы вулканического рельефа. Рельеф крупнейшего из принадлежащих России островов – Сахалина (площадь 76,4 тыс. км²) также связан с новейшими тектоническими движениями в зоне перехода от континента к океану. Вдоль берегов протягиваются параллельные цепи Западно-Сахалинских гор и Восточно-Сахалинских гор, имеющих низкогорный облик и отражающих в рельефе антиклинальные структуры и поднятия мезокайнозойских осадочных толщ. Складчатым деформациям подвержена и Северо-Сахалинская равнина, где выделяются соответствующие валообразные возвышенности и понижения. Реликтовая вулканическая морфоструктура в виде невысоких плато и построек центрального типа распространена на западном побережье острова. Горные районы обладают густым эрозионным расчленением, там же весьма велика интенсивность лавинных процессов, существенно моделирующих рельеф склонов. (О рельефе дна морей см. в статье Моря.)

Урок 7. природные зоны россии. зона арктических пустынь. тундра — Окружающий мир — 4 класс

Окружающий мир, 4 класс

Урок 7. Природные зоны России. Зона арктических пустынь. Тундра

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Природа и экологические проблемы зоны арктических пустынь.
2. Природа и экологические проблемы зоны тундры.

Глоссарий по теме:

Слово «зони» в греческом языке означает пояс.

Полоса или пространство между какими-либо границами называется зона.

Природная зона — зона со схожим климатом, особенностями животного и растительного мира, а также со схожими почвами.

Браконьерство – незаконная охота.

Оленеводство — разведение и использование оленей.

Ключевые слова:

Зоны арктических пустынь; полярный день и полярная ночь. полярное сияние, живые организмы зоны арктических пустынь, экологические проблемы; тундра; природные особенности; характерные живые организмы, экологические связи; занятия местного населения; экологические проблемы и охрана природы.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

— Плешаков. — М.: Просвещение, 2018. с.71- 93.

Окружающий мир. Тетрадь учебных достижений. 4 кл.: учеб.пособие для общеобразоват. организаций / А. А. Плешаков, З. Д. Назарова. — М.: Просвещение, 2017. с. 36 — 46.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Ребята, давайте отправимся в путешествие по нашей стране и проследим, как меняется природа с севера на юг.

Это арктическая пустыня. Здесь очень холодно! Вокруг много снега и льда

Арктическую пустыню сменяет тундра – холодная безлесная равнина. Природные условия менее суровы, чем в зоне арктических пустынь.

Лесотундра – это переходная зона от тундры к тайге. Наиболее распространёнными деревьями этой зоны являются: ель, берёза, пихта,

лиственница. Широкой полосой в нашей стране расстилается тайга. Растения тайги в основном представлены хвойным лесом.

Тайгу сменяет смешанный лес. В этой природной зоне растут хвойные и лиственные деревья. Смешанные леса соседствуют с широколиственными лесами. Это леса, образованные листопадными деревьями с широкими листовыми пластинками. А теперь мы с вами оказались в степи. Здесь тепло и сухо, растут в основном травы.

Это полупустыня! Здесь очень жарко, много песка и практически нет растений. Заканчивая наше путешествие, мы оказались в зоне субтропических лесов у Чёрного моря. Ребята, посмотрите на карту. Вы видите, как огромна наша страна и наверняка, заметили, что при движении с севера на юг, отличаются климатические условия и природа

На этом уроке, мы поговорим, отчего зависит смена природных зон; поближе познакомитесь с природой зоной арктических пустынь и зоной тундры.

Природные зоны России. Зона арктических пустынь. Тундра.

Слово «зони» в греческом языке означает пояс. Полоса или пространство между какими-либо границами называется зона. Зона со схожим климатом, особенностями животного и растительного мира, а также со схожими почвами называется природной зоной.

На территории нашей страны расположено несколько природных зон: арктические пустыни, тундра, тайга, смешанные и широколиственные леса, степи, пустыни, субтропики. Это только основные зоны.

Между основными природными зонами есть ещё и промежуточные: между тундрой и лесами – лесотундра, между лесами и степями – лесостепь, между степями и пустынями – полупустыни.

Почему же происходит смена природных зон? Причина в неравномерном нагревании Солнцем разных участков Земли

В северных районах солнечные лучи падают на Землю наклонно. Они скользят по поверхности и слабо нагревают её. Чем южнее, тем более отвесно падают солнечные лучи, сильнее нагревая земную поверхность. Это приводит к постепенному изменению всей картины природы.

В горах смена природных зон прослеживается с высотой. Это явление называется высотной поясностью.

Артика – район Земли, примыкающий к Северному полюсу. Включает Северный Ледовитый океан с островами и прилегающими окраинами материков. Здесь расположена зона арктических пустынь, или ледяная зона.

В этих краях солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом. Лучи солнца скользят поверхности, давая ей мало тепла. Вот поэтому здесь царство снега и льда.

Здесь даже острова покрыты толстым ледяным панцирем. Суша промерзает на несколько метров в глубину. Почва на арктических островах почти совсем не образуется.

В арктической зоне зимой наступает полярная ночь. Несколько месяцев подряд солнце не показывается. В небе светит луна, мерцают звёзды.

Иногда здесь возникает полярное сияние – удивительное явление природы.

В это время года дуют сильные ветры, часто бушует пурга, температура опускается до – шестидесяти градусов.

После полярной ночи наступает полярный день. Это происходит летом. Несколько месяцев круглые сутки светло, но не тепло. Температура лишь на несколько градусов выше нуля.

Лишь немногие живые организмы приспособились к жизни в суровых условиях.

На камнях островов встречаются лишайники. Кое-где растёт мох, полярный мак.

В этих местах больше всего птиц. Скопление множества птиц называют птичьими базарами. Летом на скалистых берегах собираются чайки, кайры, гагарки, здесь они выводят потомство.

Животных арктической зоны кормит море. В море много водорослей.

Морскими водорослями питаются рачки, а ими – рыбы, а рыб поедают птицы.

Все звери арктической зоны — прекрасные пловцы. Их всех от холода защищает толстый слой жира.

У тюленей длинное обтекаемое тело. В воде они добывают корм, а отдыхают и выращивают детёнышей на суше.

Моржи похожи на тюленей, но гораздо крупнее имеют мощные клыки.

К суровым условиям Арктики хорошо приспособлен белый медведь. У них длинная густая шерсть белого цвета и широкие лапы, чтобы удобнее было передвигаться по льду и снегу. В разгар зимы у медведицы рождаются крошечные медвежата. Мама-медведица кормит их молоком и согревает. Когда малыши подрастут, медведица научит их ловить рыбу, а потом уже и тюленей.

Человека всегда привлекала Артика своей загадочностью. На островах и во льдах Северного Ледовитого океана работают научные станции, проложен Северный морской путь, люди занимаются рыболовством, охотой.

Из-за освоения человеком возникли сложные экологические проблемы. Стали редкими такие животные, как белый медведь, морж внесены в Красную книгу. От рук браконьеров страдают и тюлени, особенно их детёныши.

Стали редкими некоторые виды промысловых рыб. Воды северных морей загрязняются мусором, вредными веществами с проходящих судов.

На некоторых северных островах люди устроили свалки опасных отходов.

В настоящее время ведется работа по устранению экологических проблем в Арктике. Охота на редких животных запрещена, созданы заповедники, например Остров Врангеля, ограничена рыбная ловля.

Южнее зоны арктических пустынь протянулась зона тундры. На тысячи километров с запада на восток – холодная безлесная равнина.

В тундре суровый климат: зима длиться (семь – восемь месяцев), а мороз достигает до – 50 (пятидесяти градусов). В середине зимы два месяца длиться полярная ночь.

Лето короткое и прохладное. И хотя наступает полярный день, часто бывают заморозки. Круглый год дуют сильные ветры. Зимой много дней подряд свирепствует пурга.

За короткое лето поверхность тундры оттаивает на небольшую глубину. Ниже лежит слой многолетней мерзлоты, который никогда не оттаивает. Она не пропускает дождевую и талую воду на глубину. А с поверхности земли вода не испаряется, из-за низкой температуры воздуха. Поэтому в тундре очень много болот и озёр. Почва тундры бедна перегноем.

Для всего живого в тундре суровые условия. Но всё-таки жизнь здесь разнообразнее, чем в зоне арктических пустынь. В тундре растет мох-ягель, который является пищей для оленей.

Кроме того, растут морошка, голубика, брусника, карликовая берёза

полярная ива.

Растения тундры низкорослые, многие из них стелющиеся по земле, почти у всех небольшие корни и маленькие листья.

Весной тундра очень красива. Многие растения торопятся плоды и семена зацвести, образовать плоды и семена. Ведь через несколько месяцев снег снова укроет землю.

Летом много комаров и мошек. Они развиваются в водоёмах и питаются водорослями.

Летом в эту природную зону прилетают журавли, гуси, лебеди, кулики. Они здесь выводят потомство, а потом обратно улетают в тёплые края.

Постоянными жителями тундры являются белая сова и белая куропатка.

Белая куропатка — растительноядная птица. Она меняет свое оперение в зависимости от времени года. Летом – бурое, а зимой – белое. К зиме всё тело покрывается перьями. Это защищает её от холода и позволяет ходить по снегу, не проваливаясь.

Белая или полярная сова – это хищная птица. У неё круглый год белое оперение. Оно хорошо защищает её, потому что плотное.

Охотиться на куропаток,

леммингов.

От леммингов зависит жизнь песцов. Песeц – хищник, имеет густой мех, лапы короткие и широкие.

Дикий северный олень – самое крупное животное тундры. У него густой мех, раздвоенные копыта, чтобы не проваливаться на снегу, питается мхом-ягелем.

Население тундры немногочисленное, из-за суровых природных условий. Основное занятие северных народов – оленеводство.

Ещё ведется добыча полезных ископаемых: нефти и газа.

Из-за хозяйственной деятельности человека возникли экологические проблемы. Природа тундры очень ранима. Из-за вездеходов и тракторов нарушается поверхность почвы, гибнут растения. Требуются годы, чтобы природа восстановилась. Необходимо защитить тундру от вредного воздействия транспорта.

Сильно загрязняется окружающая местность во время добычи нефти.

На оленьих пастбищах ягель исчезает, потому что оленей не всегда вовремя перегоняют с одного пастбища на другого. В результате ценнейшие пастбища нередко погибают. Они нуждаются в охране.

Большой вред животному миру тундры наносит и незаконная охота – браконьерство.

Как же охранять природу тундры? Движение вездеходов и тракторов во многих местах запрещено. Для перемещения по тундре надо использовать транспорт на особых шинах. Они почти не оставляют следов. На нефтепромыслах внедряют новые технологии, безопасные для окружающей среды.

Под особую охрану взяты редкие животные, например птицы белый журавль, или стерх, малый, или тундровый лебедь, краснозобая казарка, кречет. Все они внесены в Красную книгу России. А также созданы заповедники, например Таймырский.

Природа тундры очень сурова, но перед человеком она беззащитна. Люди должны это помнить и относиться к ней бережно.

Разбор типового тренировочного задания

1. Текст задания: Выберите из списка правильный ответ.

1. Животных арктической зоны кормит …… (озеро, океан, море).

2. Основная пища птиц и животных – это …… (водоросли, рыба, рачки).

3. Птиц с небольшим клювом называют …….. (гагарки, чайки, тупики).

Разбор типового контрольного задания

1. Текст вопроса: Подберите подписи к изображениям

Климатическая классификация | Britannica

Общие соображения

Климат местности — это синтез условий окружающей среды (почвы, растительности, погоды и т. Д.), Которые преобладали здесь в течение длительного периода времени. Этот синтез включает как средние значения климатических элементов, так и измерения изменчивости (например, экстремальных значений и вероятностей). Климат — это сложное абстрактное понятие, включающее данные обо всех аспектах окружающей среды Земли. Таким образом, нельзя сказать, что нет двух мест на Земле с одинаковым климатом.

Тем не менее, совершенно очевидно, что на ограниченных участках планеты климат варьируется в ограниченном диапазоне и что различимы климатические регионы, внутри которых проявляется некоторая единообразие в образцах климатических элементов. Более того, удаленные друг от друга районы мира обладают схожим климатом, когда набор географических взаимосвязей, возникающих в одной области, аналогичен таковой в другой. Эта симметрия и организация климатической среды предполагает лежащую в основе общемировую закономерность и порядок явлений, вызывающих климат (таких как характер приходящей солнечной радиации, растительность, почвы, ветры, температура и воздушные массы).Несмотря на существование таких основных закономерностей, создание точной и полезной климатической схемы является сложной задачей.

Во-первых, климат — это многомерное понятие, и решение о том, какую из многих наблюдаемых переменных окружающей среды следует выбрать в качестве основы для классификации, не является очевидным. Этот выбор должен быть сделан по ряду причин, как практических, так и теоретических. Например, использование слишком большого количества различных элементов открывает возможности того, что в классификации будет слишком много категорий, чтобы ее можно было легко интерпретировать, и что многие из категорий не будут соответствовать реальным климатам.Более того, измерения многих элементов климата недоступны для больших территорий мира или были собраны в течение короткого времени. Основными исключениями являются данные о почве, растительности, температуре и осадках, которые доступны более широко и регистрировались в течение длительных периодов времени.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Выбор переменных также определяется целью классификации (например, для учета распределения естественной растительности, для объяснения процессов почвообразования или для классификации климата с точки зрения комфорта человека).С этой целью будут определяться релевантные для классификации переменные, а также пороговые значения переменных, выбранных для дифференциации климатических зон.

Вторая трудность возникает из-за в целом постепенного характера изменений климатических элементов на поверхности Земли. За исключением необычных ситуаций, связанных с горными хребтами или береговой линией, температура, осадки и другие климатические переменные, как правило, медленно меняются на расстоянии. В результате типы климата имеют тенденцию незаметно меняться при переходе от одного места на поверхности Земли к другому.Таким образом, выбор набора критериев, позволяющих отличить один климатический тип от другого, эквивалентен нанесению линии на карту, чтобы отличить климатический регион, обладающий одним типом, от климатического региона, имеющего другой. Хотя это ничем не отличается от многих других классификационных решений, которые обычно принимаются в повседневной жизни, всегда следует помнить, что границы между соседними климатическими регионами проходят несколько произвольно через регионы непрерывного, постепенного изменения и что зоны, определенные в этих границах далеки от однородности по своим климатическим характеристикам.

Большинство классификационных схем предназначены для применения в глобальном или континентальном масштабе и определяют регионы, которые являются основными подразделениями континентов от сотен до тысяч километров в поперечнике. Их можно назвать макроклиматами. В таком регионе не только будут происходить медленные изменения (от влажного к сухому, горячего к холодному и т. Д.) В результате географических градиентов климатических элементов на континенте, частью которого является регион, но также будут существовать мезоклиматы. в этих регионах связаны с климатическими процессами, происходящими в масштабе от десятков до сотен километров, которые создаются перепадами высот, особенностями уклона, водоемами, различиями в растительном покрове, городскими районами и т. д.Мезоклиматы, в свою очередь, могут быть разделены на многочисленные микроклиматы, которые встречаются на масштабах менее 0,1 км (0,06 мили), как в климатических различиях между лесами, сельскохозяйственными культурами и голой почвой, на разных глубинах растительного покрова, на разных участках. глубины в почве, с разных сторон здания и т. д.

Несмотря на эти ограничения, классификация климата играет ключевую роль как средство обобщения географического распределения и взаимодействий между климатическими элементами, выявления сочетаний климатических влияний, важных для различных климатически зависимых явлений, стимулирования поиска для определения контролирующих процессов климата, и в качестве образовательного инструмента, чтобы показать некоторые отличия отдаленных регионов мира от родного региона и сходства с ним.

Подходы к климатической классификации

Самые ранние известные климатические классификации относятся к классическим греческим временам. Такие схемы обычно делят Землю на широтные зоны на основе значимых параллелей 0 °, 23,5 ° и 66,5 ° широты (то есть экватора, тропиков Рака и Козерога, а также Арктического и Антарктического кругов соответственно) и продолжительность дня. Современная классификация климата берет свое начало в середине XIX века, когда были опубликованы первые карты температуры и осадков над поверхностью Земли, что позволило разработать методы группирования климата, в которых одновременно использовались обе переменные.

Карта климатических поясов.

Британская энциклопедия, Inc.

Было разработано много различных схем классификации климата (более 100), но все они могут быть широко дифференцированы как эмпирические или генетические методы. Это различие основано на характере данных, используемых для классификации. Эмпирические методы используют наблюдаемые данные об окружающей среде, такие как температура, влажность и осадки, или простые величины, полученные на их основе (например, испарение).Напротив, генетический метод классифицирует климат на основе его причинных элементов, активности и характеристик всех факторов (воздушные массы, системы циркуляции, фронты, реактивные течения, солнечная радиация, топографические эффекты и т. Д.), Которые вызывают пространственные и временные закономерности климатических данных. Следовательно, в то время как эмпирические классификации в значительной степени описывают климат, генетические методы являются (или должны быть) объяснительными. К сожалению, генетические схемы, хотя и более желательны с научной точки зрения, по своей сути труднее реализовать, поскольку они не используют простые наблюдения.В результате такие схемы менее распространены и в целом менее успешны. Более того, регионы, определенные двумя типами классификационных схем, не обязательно совпадают; в частности, нередко сходные климатические формы, возникающие в результате различных климатических процессов, группируются вместе с помощью многих общих эмпирических схем.

Генетические классификации

Генетические классификации группируют климат по их причинам. Среди таких методов можно выделить три типа: (1) методы, основанные на географических детерминантах климата, (2) методы, основанные на балансе поверхностной энергии, и (3) методы, полученные на основе анализа воздушных масс.

К первому классу относятся несколько схем (в основном работа немецких климатологов), которые классифицируют климат в соответствии с такими факторами, как широтный контроль температуры, континентальность по сравнению с факторами, влияющими на океан, расположение относительно давления и ветровых поясов, а также влияние погодных условий. горы. У всех этих классификаций есть общий недостаток: они являются качественными, так что климатические регионы обозначаются субъективно, а не в результате применения какой-либо строгой дифференцирующей формулы.

Интересным примером метода, основанного на энергетическом балансе земной поверхности, является классификация американского географа Вернера Х. Терджунга 1970 года. Его метод использует данные для более чем 1000 мест по всему миру о чистой солнечной радиации, полученной на поверхности, доступной энергии для испарения воды и доступной энергии для нагрева воздуха и подповерхностных слоев. Годовые модели классифицируются в соответствии с максимальной потребляемой энергией, годовым диапазоном потребляемой энергии, формой годовой кривой и количеством месяцев с отрицательными величинами (дефицит энергии).Комбинация характеристик для местоположения представлена ​​меткой, состоящей из нескольких букв с определенными значениями, и нанесены на карту регионы с аналогичным чистым радиационным климатом.

Вероятно, наиболее широко используемые генетические системы — это те, которые основаны на концепции воздушных масс. Воздушные массы — это большие воздушные массы, которые, в принципе, обладают относительно однородными свойствами температуры, влажности и т. Д. По горизонтали. Погоду в отдельные дни можно интерпретировать с точки зрения этих особенностей и их контрастов на фронтах.

Два американских географа-климатолога оказали наибольшее влияние на классификации, основанные на воздушных массах. В 1951 году Артур Н. Штралер описал качественную классификацию, основанную на сочетании воздушных масс, присутствующих в данном месте в течение года. Несколько лет спустя (1968 и 1970 гг.) Джон Э. Оливер поставил этот тип классификации на более прочную основу, предоставив количественную основу, в которой определенные воздушные массы и комбинации воздушных масс были обозначены как «доминирующие», «субдоминантные» или «сезонные» в частности. локации.Он также предоставил средства идентификации воздушных масс по диаграммам среднемесячной температуры и осадков, нанесенным на «диаграмму термогидратов», процедуру, которая устраняет необходимость в менее распространенных аэрологических данных для классификации.

Большинство эмпирических классификаций — это те, которые стремятся сгруппировать климат на основе одного или нескольких аспектов климатической системы. Хотя многие такие явления использовались таким образом, естественная растительность является одним из важнейших. Многие климатологи придерживаются мнения, что естественная растительность функционирует как долгосрочный интегратор климата в регионе; Растительность, по сути, является инструментом для измерения климата так же, как термометр измеряет температуру.Его превосходство проявляется в том факте, что во многих учебниках и других источниках климат упоминается с использованием названий растительности — например, тропический лес, тайга и тундра.

Владимир Кеппен, немецкий ботаник-климатолог, разработал самую популярную (но не первую) из этих классификаций на основе растительности. Его целью было разработать формулы, которые определяли бы климатические границы таким образом, чтобы они соответствовали тем зонам растительности, которые были нанесены на карту впервые при его жизни.Кеппен опубликовал свою первую схему в 1900 году и пересмотренную версию в 1918 году. Он продолжал пересматривать свою систему классификации до своей смерти в 1940 году. Другие климатологи изменили части процедуры Кеппена на основе своего опыта в различных частях мира.

Классификация

Кеппена основана на подразделении земного климата на пять основных типов, которые представлены заглавными буквами A, B, C, D и E. Каждый из этих типов климата, за исключением B, определяется температурными критериями.Тип B обозначает климат, в котором контролирующим фактором растительности является сухость (а не холод). Засушливость — это не только вопрос количества осадков, но и определяется соотношением между количеством осадков, поступающих в почву, в которой произрастают растения, и потерями на испарение. Поскольку испарение трудно оценить и не является обычным измерением на метеорологических станциях, Кеппен был вынужден заменить формулу, которая определяет засушливость с точки зрения индекса температуры-осадков (то есть предполагается, что испарение контролируется температурой).Сухой климат делится на подтипы засушливого (BW) и полузасушливого (BS), и каждый может быть дополнительно дифференцирован путем добавления третьего кода для теплого (h) или холодного (k).

Как отмечалось выше, температура определяет четыре других основных типа климата. Они подразделяются на дополнительные буквы, которые снова используются для обозначения различных подтипов. Климат типа А, самый теплый, различается на основе сезонности осадков: Af (без засушливого сезона), Am (короткий сухой сезон) или Aw (зимний сухой сезон).Климат типа E, самый холодный, условно разделяют на тундровый (ET) и снежно-ледовый (EF). Климатам средних широт C и D присваивается вторая буква f (без засушливого сезона), w (засушливая зима) или s (засуха летом), а также третий символ — a, b, c или d (существует только последний подкласс. для климата D) — указывает на теплоту лета или холод зимой. Хотя классификация Кеппена не учитывала уникальность климатических регионов высокогорья, категория климата высокогорья или климат H иногда добавляется к системам классификации климата для учета высот выше 1500 метров (около 4900 футов).В таблице приведены конкретные критерии для системы Кеппена-Гейгера-Поля 1953 года.

Классификация Кеппена подвергалась критике по многим причинам.Утверждалось, что экстремальные явления, такие как периодическая засуха или необычное похолодание, столь же важны для управления распределением растительности, как и средние условия, на которых основана схема Кеппена. Также было указано, что для растительности важны другие факторы, помимо тех, которые используются в классификации, такие как солнечный свет и ветер. Более того, утверждалось, что естественная растительность может лишь медленно реагировать на изменения окружающей среды, так что наблюдаемые сегодня зоны растительности частично адаптированы к прошлому климату.Многие критики обратили внимание на довольно плохое соответствие между зонами Кеппена и наблюдаемым распределением растительности во многих частях мира. Несмотря на эти и другие ограничения, система Кеппена остается самой популярной климатической классификацией, используемой сегодня.

Большой вклад в группировку климата внес американский географ-климатолог К. Уоррен Торнтвейт в 1931 и 1948 годах. Он впервые применил подход, основанный на растительности, который использовал производные концепции температурной эффективности и эффективности осадков как средство определения атмосферное воздействие на растительность.Его вторая классификация сохранила эти концепции в форме индекса влажности и индекса тепловой эффективности, но радикально изменила критерии классификации и отвергла идею использования растительности в качестве климатического интегратора, пытаясь вместо этого классифицировать «рационально» на основе числовых значений. этих индексов. Его схема 1948 года встречается во многих текстах по климатологии, но она не получила такого широкого распространения среди широкой аудитории, как система классификации Кеппена, возможно, из-за ее сложности и большого количества климатических регионов, которые она определяет.

Хотя классификации климата на основе растительности могут рассматриваться как имеющие отношение к деятельности человека посредством того, что они могут указывать на сельскохозяйственный потенциал и природную среду, они не могут дать никакого представления о том, как люди будут себя чувствовать в различных типах климата. Схема Терджунга 1966 года была попыткой сгруппировать климаты на основе их влияния на комфорт человека. В классификации используются четыре физиологически значимых параметра: температура, относительная влажность, скорость ветра и солнечная радиация.Первые два объединены в индекс комфорта, чтобы выразить атмосферные условия в терминах, воспринимаемых как чрезвычайно жаркие, горячие, давящие, теплые, комфортные, прохладные, острые, холодные, очень холодные, чрезвычайно холодные и ультрахолодные. Температура, скорость ветра и солнечная радиация объединяются в индекс ветрового воздействия, выражающий чистый эффект охлаждения ветром (охлаждающая способность ветра на открытых поверхностях) и добавления тепла к человеческому телу за счет солнечного излучения. Эти индексы объединены для разных сезонов по-разному, чтобы выразить, как люди чувствуют себя в разных географических регионах на ежегодной основе.Терджунг представил, что его классификация найдет применение в медицинской географии, климатологическом образовании, туризме, жилищном строительстве и одежде, а также в качестве общего аналитического инструмента.

Было разработано множество других специализированных эмпирических классификаций. Например, есть те, которые различают типы климата пустыни и побережья, те, которые учитывают разную скорость выветривания горных пород или почвообразование, и те, которые основаны на идентификации схожего сельскохозяйственного климата.

А. Джон Арнфилд

планетология — Какие климатические зоны были бы, если бы Земля наклонялась, как Уран?

Только что появилась статья на эту тему: «Множественные климатические состояния обитаемых экзопланет: роль наклона и освещенности».

При наклоне на 90 ° лето и зима появляются вместе с днем ​​и ночью соответственно. Это означает, что летом одно полушарие полностью обращено к Солнцу с 24-часовым дневным светом, что вызывает очень жаркое лето. Зимние температуры очень сильно зависят от полушария.В Южном полушарии океаны преобладают над континентами, так как очень низкое альбедо позволяет сохранять тепло летом. Таким образом, зимы в Южном полушарии по-прежнему теплые. Напротив, в Северном полушарии зимой становится довольно холодно из-за небольшого запаса тепла в океанах.

Область экватора — самая холодная область на планете, так как в этой области меньше всего приходящей солнечной радиации (рис. 1a, b). Это может привести к образованию морского льда в районе экватора и дает альтернативную гипотезу Snowball Earth (Williams, 2008): гипотеза о высокой наклонности, низкоширотном льде, сильной сезонности (HOLIST) для доэдиакарского оледенения.

Теплые полюса и холодный экватор существенно меняют доминирующие струи. Механизм можно объяснить уравнением теплового ветра:
$$
p \ dfrac {\ partial u_g} {\ partial p} = \ dfrac {R} {f} \ dfrac {\ partial T} {\ partial y} ~~,
$$
где $ p $ — давление, $ u_g $ — геострофический зональный ветер, $ R $ — удельная газовая постоянная для воздуха, $ f $ — параметр Кориолиса, $ T $ — температура и $ y $ — меридиональное расстояние в метрах. Уравнение теплового ветра показывает, что вертикальное изменение зонального ветра пропорционально меридиональному градиенту температуры.Таким образом, смена знака меридионального градиента температуры вызывает смену знака зонального ветра. Это означает, что доминирующие струи превращаются в восточные из-за обратного меридионального градиента температуры (рис. 1в, г).

Однако климат также зависит от начального состояния планеты, т.е. для одних и тех же параметров возможны несколько климатических состояний. В случае наклона 90 ° существует либо так называемая «Криопланета без колпачков», либо состояние «Аквапланета» (подробнее см. Kilic et al., 2017). Криопланета без крышки имеет большие площади морского льда вокруг экватора и постоянно открытый океан в более высоких широтах. Этот тип климата обладает ранее неизвестной меридиональной атмосферной циркуляцией, которая не является ни термически прямой, ни косвенной ячейкой, а скорее суперпозицией обоих типов ячеек (рис. 1e).

Рисунок 1: Криопланета без колпачков (левый столбец) и Аквапланета (правый столбец) для планеты с углом наклона 90 ° летом в южном направлении: (a), (b) средняя зональная температура воздуха, (c), (d) массовый поток функции (цвет, положительный для опрокидывания по часовой стрелке) и среднего зонального ветра (контур, положительный для западных ветров), и (e), (f) поток энергии вихря к полюсу и средний вклад, полный поток энергии и меридиональный тепловой поток в океане.Примечание: на рисунке показана конфигурация аквапланеты, то есть континенты не учитывались.

Земля | Понимание климата — топография поверхности океана из космоса

Сферическая форма Земли

Поскольку Земля представляет собой сферу, поверхность на экваторе получает гораздо больше солнечного света (тепла), чем на полюсах. Во время равноденствия (время года, когда количество дневного и ночного света примерно одинаково) Солнце проходит прямо над головой в полдень на экваторе.В тот же день на 60 ° с.ш. (широта Анкориджа, Аляска, или Осло, Норвегия, или Санкт-Петербург, Россия) Солнце поднимается не выше 30 ° над горизонтом в полдень и нагревает данный участок земли. только вдвое меньшей интенсивности, чем на экваторе. На полюсах Солнце, кажется, находится на горизонте более 24 часов, а его лучи скользят по поверхности в основном горизонтально.

Наклон оси на 23,5 ° означает значительный годовой сдвиг солнечного угла. Июньское солнце в Сан-Франциско (или Уичито, или Норфолк) столь же высоко, как мартовское солнце в Гватемала-Сити, в то время как декабрьское солнце в Сан-Франциско (или Уичито, или Норфолк) не выше мартовского солнца в Анкоридже, Аляска.Можно сказать, что в течение года место с умеренным климатом может наслаждаться тропической жарой летом и страдать от арктического холода зимой.

Распределение тепла по всему земному шару и в течение года, в сочетании с физическими свойствами воздуха, создают характерную структуру климатических зон.

Климатические зоны

Солнце сильнее всего нагревает землю или поверхность океана в тропической зоне. Нагретый воздух поднимается вверх, и по мере того, как он поднимается, он охлаждается, а когда он охлаждает, он сбрасывает свою влагу в виде дождя.Этот пояс сходящихся воздушных масс (называемый депрессией из-за низкой циркуляции воздуха и воды, иногда заставляющей парусные корабли изо всех сил пытаться покинуть этот регион) включает некоторые из самых дождливых областей на Земле. Охлажденный, теперь более сухой воздух заставляется непрерывно поднимающимся воздухом уходить с дороги, и поэтому он движется в сторону умеренных широт.

Такой воздух из тропиков встречает воздух, движущийся вниз от полюсов примерно на 30 ° северной и южной широты (иногда их называют конскими широтами), где он оседает.Здесь опускающийся воздух сжимает, согревает и поглощает влагу с поверхности. Вот почему пояса пустынь Земли лежат в лошадиных широтах. Этот теплый сухой воздух вытесняется более тонущим воздухом, поэтому часть его возвращается обратно в экваториальную зону, а часть — на полюса. Такой круговорот воздуха между низкими и средними широтами определяет ячейку атмосферы. H

Пассаты создаются круговоротом теплого влажного воздуха, поднимающегося около экватора. В конечном итоге воздух охлаждается и опускается чуть дальше на север в тропиках.Это явление называется ячейкой Хэдли. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

Аналогичная ячейка образуется между широтами лошади и штормовыми полярными фронтами на 60 ° с.ш. и 60 ° ю.ш., где теплый умеренный воздух, движущийся к полюсу, встречается с очень холодным воздухом, катящимся с полюса. Более легкий теплый воздух поднимается над более плотным холодным воздухом, который охлаждает его и вызывает выпадение осадков. С этого полярного фронта воздух возвращается как к экватору, так и к полюсу. Воздух сразу над шестом опускается. Хотя здесь и не тепло, но очень сухо (только сантиметры снега в год).С полюсов воздух внутри полярной шапки устремляется обратно к полярному фронту.

Таким образом, шесть поясов атмосферных ячеек обеспечивают циркуляцию воздуха от экватора к полюсу (и обратно) и определяют закономерности климата на планете. Ячейки также характеризуются определенными моделями ветрового потока, функцией эффекта Кориолиса, вызванного вращением Земли. В умеренном поясе между конскими широтами и полярным фронтом преобладают западные ветры, в которых преобладает циркуляция воздуха. В тропиках преобладают восточные пассаты.Ветры вокруг полюсов тоже восточные.

Движение Земли в космосе

24-часовое вращение Земли составляет эффект Кориолиса. Земля находится на расстоянии 40 000 километров (24 900 миль) от самой широкой части, экватора. Поскольку она вращается вокруг своей оси один раз в 24 часа, точка на экваторе Земли движется со скоростью около 1700 км в час (1000 миль в час) относительно своей оси. Но чем ближе вы подходите к полюсам, тем меньший путь проходит точка в своем суточном обороте.На 60 ° северной или южной широты путь составляет только половину расстояния от экватора, поэтому точка перемещается вдвое медленнее. Воздух (или вода), перемещающийся из высоких широт в низкие, затем имеет тенденцию отставать, и человек на поверхности ощущает ветер, дующий с востока. С другой стороны, воздух, перемещающийся из низких широт в высокие, отклоняется на запад. Это также означает, что движущийся воздух или вода отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.

Из-за эффекта Кориолиса воздух, устремившийся в область низкого давления, превратится в циклон против часовой стрелки в северном полушарии и циклон по часовой стрелке в южном полушарии.(Вопреки распространенному мнению, эффект Кориолиса не определяет направление водоворотов в канализацию — масштаб слишком мал.) Воздух, выходящий из систем высокого давления, также будет отклоняться в антициклоны по часовой стрелке на севере и против часовой стрелки. на юге.

Океанские течения циркулируют по кругу, огромные течения, движущиеся по часовой стрелке в северной части Тихого океана и Северной Атлантики, и течения против часовой стрелки в южной части Тихого океана, Южной Атлантике и Индийском океанах.Направление потока в небольших вихрях также определяется эффектом Кориолиса.

факторов, влияющих на региональный климат | Науки о Земле

Представьте себе, что вы садитесь в самолет в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, в Джуно, штат Аляска. По пути в аэропорт вы, вероятно, испытаете типичную для Лос-Анджелеса погоду: теплую, солнечную и сухую. А когда вы вышли из самолета в Джуно, в 5000 км к северо-западу, можно было поспорить, что температура будет прохладнее, влажнее и будет приличная вероятность дождя.В конце концов, в Джуно в год выпадает в среднем 160 сантиметров осадков, а в Лос-Анджелесе — всего 45 см в год.

Вы должны спланировать это и упаковать подходящую одежду, потому что, хотя погода может меняться изо дня в день в каждом месте, средняя погода в каждом месте одинакова. Это среднее значение погоды с течением времени называется климатом и включает не только температуру и осадки, но и скорость и направление преобладающих ветров, влажность, атмосферное давление и многие другие условия, которые возникают в результате типичных погодных условий.Хотя погоду бывает трудно предсказать изо дня в день, климат меняется не так быстро — это среднее значение погоды за несколько десятилетий.

На климат в разных частях света сильно влияет распределение энергии, которое мы получаем от Солнца, которое зависит от формы и наклона Земли. На климат также влияет крупномасштабная глобальная циркуляция атмосферы и океанов, которая вызвана солнечным нагревом и вращением Земли, а также зависит от расположения континентов и горных хребтов.Сегодня мы считаем тривиальным мгновенное получение информации о погоде в любой точке земного шара, но не всегда это было так просто. Наше понимание климата Земли было основано учеными на наблюдениях за ветрами и течениями океанских исследователей, которые они объединили со своим новым пониманием Земли как вращающейся сферы, вращающейся вокруг Солнца.

Форма, наклон и орбита Земли

Энергия, которую Земля получает от Солнца, играет самую большую роль в определении средней глобальной температуры нашей планеты (дополнительные объяснения см. В разделе «Факторы, контролирующие температуру Земли»).Но не везде на Земле одинаковая температура и климат. Одна из важных причин этого различия заключается в том, что разные широты на Земле получают очень разное количество поступающей солнечной радиации, известной как инсоляция. Это потому, что наша планета представляет собой сферу, поэтому падающий солнечный свет попадает на поверхность Земли на разных широтах под разными углами, и одинаковое количество энергии распространяется на меньшую или большую площадь. На более низких широтах около экватора солнечная радиация падает на поверхность почти перпендикулярно, а ближе к полюсам — под все более наклонным углом (см. Рис. 1).

Рис. 1: Диаграмма, показывающая одинаковое количество солнечного света, падающего на поверхность Земли на разных широтах. Дальше от экватора, на высоких широтах, энергия Солнца должна проходить через больше атмосферы, представленной длиной черных линий, и распределяться по большей площади на поверхности, показанной размером овалов.Ближе к экватору и на низких широтах энергия Солнца должна проходить через меньшее количество атмосферы. Полоса широты между 23,5 ° N (тропик Рака) и 23,5 ° S (тропик Козерога) называется тропиками. Image © Данные карты: SIO, NOAA, ВМС США, NGA, GEBCO, Государственный департамент США. Географ; Изображение: Landsat, Google.

В результате количество солнечной энергии, которая падает на поверхность около экватора и распространяется на относительно небольшую область в тропиках, распространяется на большую площадь в высоких широтах, ближе к полюсам (рис. 1, желтые овалы ), а значит, инсоляция ниже на более высоких широтах.Фактически, инсоляция примерно на треть меньше, чем на экваторе в Лос-Анджелесе, на 34 ° с.ш., а в Джуно, Аляска, на 58 ° с.ш., инсоляция примерно вдвое меньше, чем на экваторе.

Инсоляция в высоких широтах дополнительно снижается по двум дополнительным причинам. Во-первых, малый угол падающего света вынуждает его проходить через большую часть атмосферы, как показано на Рисунке 1 относительной длиной черных линий: линия возле Джуно, Аляска, намного длиннее.Газы и частицы в атмосфере поглощают и рассеивают радиацию, уменьшая количество энергии, достигающей поверхности. Во-вторых, под малым углом падающего солнечного света происходит отражение большего количества излучения, которое достигает поверхности, точно так же, как свет, падающий на воду под небольшим углом (например, на закате), отражается.

Если бы экватор Земли находился в той же плоскости, что и орбита Земли вокруг Солнца, широтная разница в инсоляции оставалась бы неизменной в течение всего года.Однако экватор Земли наклонен под углом 23,5 ° к плоскости орбиты Земли, как показано на рисунке 1. Широтная полоса между 23,5 ° северной широты и юга называется тропиками, и это регион, который получает наиболее «прямое воздействие». »Энергия солнца. Из-за наклона Земли Северный полюс слегка направлен к Солнцу примерно на половине его годового оборота вокруг Солнца (с апреля по сентябрь), в то время как Южный полюс указывает немного в сторону. В течение другой половины года (с октября по март) происходит обратное.

Какой бы полюс ни был направлен к солнцу, это полушарие получает больше солнечной радиации и испытывает лето, в то время как противоположное полушарие испытывает зиму. Сезонные различия усиливаются тем фактом, что в летнем полушарии солнце остается над горизонтом больше часов в день, позволяя поверхности поглощать еще больше радиации. Вы, возможно, думали, что времена года были вызваны изменениями расстояния между Землей и Солнцем в результате эллиптической орбиты нашей планеты, но это не так.Разница в инсоляции, возникающая в результате такого изменения расстояния, ничтожна по сравнению с разницей в инсоляции, которая приводит к наклону Земли, который является основным фактором, определяющим времена года.

Контрольная точка понимания

Газы и частицы в атмосфере рассеивают поступающую радиацию, _____ количество энергии, которое достигает поверхности Земли.

Энергетический дисбаланс Земли

Подводя итог в течение года, полюса получают меньше солнечного света, чем тропики, даже несмотря на то, что в течение полярного лета солнце светит 24 часа в сутки.Это по двум причинам. Во-первых, излучение в высоких широтах всегда идет под косым углом, а не под прямым углом, поэтому оно проходит через большую часть атмосферы (как вы можете видеть на рисунке 1) и с большей вероятностью будет отражаться. Во-вторых, такие поверхности, как снег и лед, которые часто встречаются на полюсах, имеют более высокое альбедо и, таким образом, отражают большую часть приходящей радиации. В результате количество солнечной энергии, поглощаемой на поверхности, достигает пика в тропиках (красная линия на рисунке 2).

Рисунок 2: График, показывающий, как входящая радиация или инсоляция и исходящая радиация меняются в зависимости от широты.Тропики получают больше солнечной радиации, чем излучают, создавая избыток энергии, в то время как полярные регионы излучают больше, чем получают. Источником этого материала является веб-сайт COMET® http://meted.ucar.edu Университетской корпорации атмосферных исследований (UCAR), спонсируемый частично в рамках соглашения (соглашений) о сотрудничестве с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA). , Министерство торговли США (DOC). Image © 1997-2016 Университетская корпорация атмосферных исследований. Все права защищены.

Однако Земля также теряет энергию из каждой точки своей поверхности. Даже если вы этого не видите, вы уже испытывали подобную энергию раньше, например, стоя на асфальте в солнечный летний день или кладя руку на сковородку на плите, чтобы посмотреть, жарко ли она. Подобно асфальту или горячей печи, все вокруг нас испускает длинноволновое инфракрасное излучение (более подробное объяснение см. В разделе «Факторы, контролирующие температуру Земли»). Вот почему Земля поддерживает постоянную температуру: если бы она продолжала поглощать солнечную радиацию, она становилась бы все теплее и теплее.Полюса теряют немного меньше энергии, чем тропики, потому что они холоднее и излучают меньше излучения (синяя линия на рисунке 2). Но то, что теряется в высоких широтах, больше, чем количество, поглощаемое приходящей радиацией. Это показано черной линией на рисунке 2, где чистая радиация (входящая минус выходящая) положительна около экватора и отрицательна около полюсов. Другими словами, есть чистый избыток энергии в тропиках и чистый дефицит энергии около полюсов.

Этот дисбаланс энергии вызывает крупномасштабные движения воздуха и воды, которые перераспределяют энергию по всей системе Земли посредством знакомых процессов, таких как ветер и океанские течения, которые представляют собой части глобальных систем циркуляции.Эти системы циркуляции играют важную роль в определении климата в разных точках земного шара. Они также важны для людей, которые веками полагались на эти системы циркуляции — задолго до того, как поняли, что их вызвало.

Контрольная точка понимания

Энергия, потерянная в высоких широтах, на _____ больше, чем количество энергии, поглощенной приходящей радиацией.

Перераспределение энергии за счет циркуляции воздуха

Когда Христофор Колумб в 1492 году отправился в Новый Свет, ему и его команде потребовалось чуть больше месяца, чтобы совершить 6000-километровое путешествие от Канарских островов у побережья Африки до Карибского моря. (см. сплошную красную линию на рисунке 3).Колумб не взял курс на запад от побережья Португалии, а сначала направился на юг к экватору, а затем направился на запад от Канарских островов, ловя ветры, дующие с северо-востока на юго-запад. В метеорологии ветры названы в честь направления, с которого они дуют, поэтому эти ветры называют восточными.

Рисунок 3: Карта, показывающая маршруты Христофора Колумба через Атлантику.(Из проекта Gutenberg — http://www.gutenberg.org/files/18571/18571-h/18571-h.htm).image © Данные карты: SIO, NOAA, ВМС США, NGA, GEBCO, Департамент США Государственный географ; Изображение: Landsat, Google.

Колумб использовал восточные ветры, чтобы вести свои корабли в том направлении, в котором он хотел идти во всех четырех своих путешествиях (см. Рис. 3). Он был одним из первых исследователей, использовавших эту особенность климатической системы в своих интересах, или, по крайней мере, первым, кто сделал ее широко известной: он и другие были проницательными наблюдателями и регистраторами направления и скорости ветра, а также ежедневных наблюдений Колумба. дневная запись почти всегда включает сведения о природе ветра, а также о течении (Колумб, 1493).По мере того как все больше и больше кораблей совершали путешествие через Атлантический океан к Карибским островам, чтобы привозить специи и другие товары, эти постоянные ветры стали известны как «пассаты». Хотя он в значительной степени полагался на них, практически нигде в своих журналах Колумб не размышляет о том, почему дул пассат именно так. В то время большинство из них все еще полагалось на объяснение Аристотеля в его публикации Meteorology за 350 г. до н. что поместило Землю в центр Вселенной.

Через пятьдесят лет после того, как Колумб вернулся из своего первого путешествия, в 1543 году Коперник опубликовал свою гелиоцентрическую модель солнечной системы, в которой вращающаяся Земля двигалась вокруг Солнца. Но только в 1616 году, более чем через сто лет после первого путешествия Колумба, Галилео Галилей предположил, что пассаты могут иметь какое-то отношение к вращению Земли, что они могут возникать из-за того, что вращающаяся Земля вращается слишком быстро для атмосферы. поддерживать.Поскольку планета вращается на восток, кажется, что ветры дуют в противоположном направлении — с востока на запад. Галилей применил модель Коперника к процессам, происходящим на Земле, а не только к видимому движению звезд. Однако, если бы эти идеи были верны, ветры повсюду на Земле довали бы в одном и том же направлении, что, как мы знаем, не так (см. Рисунок 4 для сравнения наблюдаемых и прогнозируемых ветров).

Рисунок 4: Наблюдаемые и предсказанные ветры на основе вращения Земли.image © Данные карты: SIO, NOAA, ВМС США, NGA, GEBCO, Государственный географический департамент США; Изображение: Landsat, Google.

Примерно 70 лет спустя несколько ученых пришли к аналогичным объяснениям пассатов. На собрании Лондонского королевского общества в 1686 году Эдмонд Галлей, английский физик и астроном, предположил, что пассаты возникли из-за интенсивного солнечного нагрева тропиков (Halley, 1686). Галлей думал, что нагретый воздух будет следовать за солнцем в течение дня, которое будет тянуть его с востока на запад, образуя пассаты.Он составил и описал направления ветра из разных регионов, вызвал идею о расширении нагретого воздуха и изобразил свои идеи на карте, показанной на рисунке 5. Галлей кое-что понял. Как объяснялось выше, тропики действительно получают интенсивную солнечную радиацию. Эта энергия нагревает поверхность и воздух прямо над ней, а поскольку горячий воздух менее плотный, чем холодный, он поднимается в атмосферу.

Рисунок 5: Карта направлений ветра Галлея, включенная в его статью 1686 года в Philosophical Transactions of the Royal Society of London.

Но Галлей и другие члены Королевского общества все еще с трудом могли найти убедительное объяснение того, почему пассаты дуют с северо-востока в северном полушарии и с юго-востока в южном полушарии, а не только прямо с востока на запад.

Полвека спустя английский метеоролог по имени Джордж Хэдли предложил новую идею в статье Philosophical Transactions (Hadley, 1735). Он извлек пользу из более подробных наблюдений за ветром и течениями, сделанными несколькими моряками, включая Уильяма Дампира, английского пирата, чей отчет о своих путешествиях за 1699 год включал в себя «Глава о ветрах» в качестве приложения.Дампир описал силу и направление ветров в Мировом океане, включая таблицы с широтой, долготой и направлением ветра (Dampier, 1699). Хэдли использовал этот и другие отчеты и провел мысленный эксперимент, сначала представив, как воздух будет циркулировать при нагревании солнцем на невращающейся Земле. Он описал, как, если нагретый солнцем воздух поднимается над тропиками, воздух втекает, заполняя пустоту. Этот воздух будет поступать как с севера, так и с юга и течет к экватору, создавая большие конвекционные ячейки, в которых нагретый воздух поднимается в тропиках, течет на север к полюсу, когда он охлаждается, затем опускается и течет на юг, заменяя поднимающийся воздух ( см. рисунок 6).

Рис. 6: Иллюстрация первой части мысленного эксперимента Хэдли, в котором он представил, как будет циркулировать воздух, если бы главным фактором, влияющим на циркуляцию, был нагрев от солнца, который наиболее силен вблизи экватора. image © Данные карты: SIO, NOAA, ВМС США, NGA, GEBCO, Департамент США.государственного географа; Изображение: Landsat, Google.

Затем, в своем мысленном эксперименте, он привел Землю в движение и представил, как будут затронуты эти конвекционные ячейки. Он отверг предположение Галлея о том, что ветер следовал за солнцем по небу, что заставляло ветер менять направление в полдень каждый день. Затем он тщательно описал, как точка на поверхности Земли (и в воздухе над ней) на экваторе должна перемещаться дальше точки на любой другой широте, когда Земля вращается, и, следовательно, также движется быстрее.Почему это так? Каждая точка на поверхности Земли совершает один оборот за одно и то же время — 24 часа в сутки. Однако расстояние, которое должна пройти каждая точка, чтобы завершить это вращение, зависит от ее широты. На экваторе точка на поверхности проходит дальше всех, чтобы совершить один оборот, в то время как около полюсов точка на поверхности практически не перемещается. Таким образом, скорость вращения точки на поверхности зависит от ее широты (см. Рисунок 7). Хэдли рассудил, что по мере того, как воздух в высоких широтах течет к экватору, чтобы заменить восходящий воздух, нагретый солнцем, тропики с более быстрым поворотом будут вращаться из-под него.С поверхности могло показаться, что поток воздуха отклоняется на запад. Другими словами, приземный воздух будет дуть с северо-востока в северном полушарии и с юго-востока в южном полушарии.

Рис. 7: Вторая часть мысленного эксперимента Хэдли, в котором он начал вращение Земли.image © Данные карты: SIO, NOAA, ВМС США, NGA, GEBCO, Государственный географический департамент США; Изображение: Landsat, Google.

Используя ту же логику, Хэдли учел западные ветры, которые происходят к северу и югу от полосы восточных ветров, или пассатов. Он отметил, что западные ветры начинаются на той широте, где нагретый воздух, поднявшийся около экватора, достаточно охладился, чтобы снова опуститься к поверхности. Поскольку этот воздух теперь двигался быстрее, чем Земля под ним, при движении на север он будет отклоняться на восток (см. Рис. 7).

Сегодня мы знаем концепцию, которую Хэдли описал как эффект Кориолиса, названный в честь французского математика и инженера Гаспара-Густава де Кориолиса, который опубликовал в 1835 году статью, описывающую энергию и кажущееся движение в водяных колесах и других вращающихся машинах (Coriolis, 1835). . Сам Кориолис не применил свои идеи к атмосфере Земли: только в начале 1900-х годов принципы, описанные Кориолисом, были применены к наблюдениям Хэдли за ветрами.Иногда вы слышите, что это называется силой Кориолиса, что неправильно, потому что это не настоящая физическая сила, подобная гравитации. Вместо этого эффект Кориолиса — это кажущаяся сила, вызванная вращением Земли.

Контрольная точка понимания

Христофор Колумб был первым человеком, который предположил, что пассаты были вызваны вращением Земли.

Ячейка Хэдли и межтропическая зона конвергенции

Со временем ученые поняли, что объяснение Хэдли было в основном правильным, и описанная им конвекционная ячейка, возникшая в результате взаимодействия между неравномерным нагревом Солнца и вращением Земли, теперь называется Хэдли. клетка.В то время как сам Хэдли был полностью сосредоточен на объяснении пассатов, ячейка Хэдли учитывает несколько других климатических наблюдений в тропических регионах между 30 ° северной широты и 30 ° южной широты, включая ветры в экваториальной области и осадки в обширной области Земли.

Моряки знали область между 5 ° с.ш. и 5 ° ю.ш. как «депрессию», участок открытого океана, где их паруса не улавливали ветер и их продвижение могло замедлиться.Эти спокойные условия возникают там, где сходятся и поднимаются пассаты из Северного и Южного полушарий, что дает слабый ветер на поверхности и зону низкого давления. Теплый восходящий воздух над экватором также несет в себе много водяного пара, испаряемого из океана под действием солнечной энергии. По мере того, как этот воздух поднимается и охлаждается, водяной пар конденсируется, создавая стойкую полосу облаков и интенсивных дождей, которые хорошо видны на спутниковых снимках Земли, особенно над Тихим океаном (см. Пример на Рисунке 8).Сегодня метеорологи и климатологи называют эту полосу слабого ветра, сильного дождя и низкого давления зоной межтропической конвергенции, сокращенно ITCZ.

Рис. 8: Полоса облаков к северу от экватора указывает местоположение зоны межтропической конвергенции (ITCZ).(Данные NOAA GOES — http://goes.gsfc.nasa.gov/text/goes11results.html). image © Спутниковый снимок Земли из космоса любезно предоставлен NASA-Goddard Space Flight Center

Теплый воздух в ITCZ ​​поднимается, пока не достигнет тропопаузы, или границы между тропосферой и стратосферой (дополнительную информацию см. в нашем модуле о составе атмосферы Земли. информация), который находится на высоте 16-18 км над поверхностью Земли на экваторе. На этой высоте поднимающийся воздух расходится: часть течет на северо-восток, а часть — на юго-восток (отклоняясь от прямого севера и юга из-за эффекта Кориолиса), следуя тропопаузе, пока он остывает и начинает опускаться.Примерно на 30 ° северной и южной широты от экватора уже холодный сухой воздух опускается обратно на поверхность. В точности противоположно ITCZ, эти два диапазона широт представляют собой области высокого давления (поскольку воздух опускается) и очень сухих условий, поскольку в воздухе очень мало водяного пара. Когда нисходящий воздух достигает поверхности, он снова расходится, причем часть воздуха течет обратно к экватору, как пассаты, собирая влагу по мере того, как она нагревается, а часть течет к более высоким широтам, как западные ветры.

Рисунок 9: Диаграмма, показывающая взаимосвязь между ячейкой Хэдли и континентальным климатом.Обратите внимание, что высота тропопаузы выше над экватором, чем над полюсами, а высота сильно преувеличена по сравнению с диаметром Земли. image © Спутниковый снимок Земли из космоса любезно предоставлен НАСА-Центр космических полетов Годдарда

Хотя наблюдения, которые привели к нашему пониманию ячейки Хэдли, исходили в основном от моряков Атлантического и Тихого океанов, эффекты атмосферной циркуляции очень четко проявляются на континентах. также. Африканский континент, расположенный по обе стороны экватора и простирающийся примерно от 37 ° северной широты до 35 ° южной широты, показывает, как ячейка Хэдли определяет континентальный климат (см. Рисунок 9).Самый глубокий зеленый цвет на спутниковых изображениях указывает на густую растительность, тропический лес Конго, который получает сильные осадки в пределах ITCZ. Желто-коричневый регион между 15 ° и 30 ° с.ш. — это пустыня Сахара, где спускается холодный и сухой воздух, а дождей и растительности очень мало. На самом юге Африки пустыня Намибии простирается примерно от 20 ° до 30 ° ю.ш., также в районе нисходящего сухого воздуха.

Контрольная точка понимания

Как моряки называют участок океана между 5 градусами северной широты и 5 градусами южной широты, где их паруса не улавливают ветер?

Ветры за пределами тропиков

Ячейка Хэдли является основным двигателем циркуляции в атмосфере Земли и создает климатические условия, характерные для большей части поверхности Земли.Но хотя Хэдли кратко упомянул, почему могут возникать западные ветры, он не объяснил их полностью — и на самом деле их немного сложнее объяснить. Полный учет атмосферной циркуляции от экватора до полюсов появился только в середине 1800-х годов, спустя более 100 лет после первоначальной работы Хэдли.

Важным участником этой работы был Мэтью Фонтейн Мори, который собрал данные о скорости и направлении ветра и течениях от моряков и научных организаций по всему миру и опубликовал свой сборник в 1855 году (Maury, 1855).Усилия Мори не были попыткой объяснить, почему возникают ветры и течения. Вместо этого он сказал:

Основная цель… заключалась в том, чтобы собрать опыт каждого мореплавателя относительно ветров и течений океана, обсудить его наблюдения над ними, а затем представить миру результаты на картах для улучшение торговли и навигации.

Подробная и строгая компиляция Мори позволила другим разработать объяснения, и это именно то, что сделал Уильям Феррел.Феррел был школьным учителем в Нэшвилле, штат Теннесси, и его не удовлетворили объяснения ветров, разработанные другими учеными. По мотивам компиляции Мори и развития работы Хэдли Феррел опубликовал в 1856 году статью, в которой описывалась циркуляция в атмосфере (Ferrel, 1856). Он начал с обобщения идей Хэдли, «с которыми читатель, несомненно, знаком», а затем перешел за пределы тропиков.

Феррель заметил, что полюса были областями высокого давления, точно так же, как полосы около 30 °, где холодный плотный воздух опускается к поверхности Земли и уходит от полюсов.Это опускание на полюсах вызывает циркуляцию в полярных ячейках, которые действуют над арктическими и антарктическими регионами. Эффект Кориолиса отклоняет воздушный поток на запад, создавая полосы полярных восточных ветров. И северный, и южный полюса — это регионы высокого давления с небольшим количеством осадков. Возможно, вы привыкли думать о южном полюсе Антарктиды как о снежном месте, но среднегодовое количество осадков составляет 4,5 мм — намного меньше, чем в большинстве частей пустыни Сахара, которые в среднем составляют 25 мм в год.

С учетом как полярных ячеек, так и ячеек Хэдли, Феррел остался в средних широтах, примерно между 30 ° и 60 ° северной и южной широты.Этот регион, казалось, представлял противоречие: воздух двигался с запада на восток у поверхности, поднимался в более холодных регионах на высоких широтах (около 60 °) и опускался в более теплых регионах на более низких широтах (около 30 °). Но если рассматривать в контексте ячеек Хэдли и полярных ячеек, ветры в этом регионе стали иметь смысл. Как заметил Хэдли, воздух, спускающийся под углом 30 °, расходился, при этом некоторые потоки текли на север в северном полушарии и отклонялись на восток из-за эффекта Кориолиса. Около 60 ° северной и южной широты эти теплые западные ветры, текущие к полюсу, сходятся с холодным полярным воздухом, поднимаясь до тропопаузы.Эта циркуляционная ячейка средних широт теперь называется ячейкой Ферреля в честь школьного учителя, который впервые ее описал.

Однако ячейка Ферреля не так постоянна и не так четко определена, как ячейка Хэдли. Вместо этого западный поток воздуха разбивается на серию водоворотов, вихрей воздуха, движение которых не соответствует общему западному потоку (см. Рисунок 8 и анимацию на рисунке 9). Эти водовороты перемешивают атмосферу средних широт и переносят тепло из тропиков к полюсам; они также вызывают ураганы в средних широтах, которые проходят через метеорологические радары, принося сильные ветры и приступы дождя и снега.

Анимация ниже показывает, как все эти клетки взаимодействуют, создавая то, что мы видим на поверхности: широтные полосы ветра и осадков, которые относительно постоянны из года в год.

Видео: Атмосферный водяной пар во время Эль-Ниньо 1997–1998 годов.

Другие факторы, влияющие на климат

Циркуляция в атмосфере — не единственный фактор, влияющий на климат. Те же факторы, которые создают циркуляцию в атмосфере — неравномерное нагревание от Солнца и вращение Земли — создают циркуляцию в океанах, а атмосфера и океан постоянно взаимодействуют и влияют друг на друга. Кроме того, распределение суши ограничивает циркуляцию в океанах, а горные районы, такие как Анды в Южной Америке и Гималаи, изменяют атмосферную циркуляцию.

С течением геологического времени широтные полосы климата также могут сдвигаться, расширяясь и сужаясь по мере изменения температуры Земли. Например, во время ледниковых периодов полярные ячейки расширяются, и граница между полярными ячейками и ячейками Ферреля смещается к экватору. В теплые периоды тропики расширяются. В обоих случаях все еще существуют климатические различия между широтами Лос-Анджелеса и Джуно, поскольку форма и наклон Земли существенно не изменились.Вместо этого меняется способ, которым Земля поглощает и излучает энергию, поскольку ледяные щиты растут или тают, а концентрация парниковых газов увеличивается или уменьшается. Около 27000 лет назад климат в Лос-Анджелесе был намного прохладнее и влажнее, чем сегодня. Конечно, в то время ни один моряк не проводил замеров — мы знаем это по окаменелостям лютых волков, мамонтов, жуков и растений, захороненных в смоляных ямах Ла-Бреа. В то же время Джуно был покрыт льдом, о чем мы знаем по распределению осадочных отложений ледников в этом районе.Сочетание нашего современного понимания того, как определяются климатические условия, с тем, что мы знаем о распределении климата в прошлом, помогает нам лучше предсказать, что может произойти в будущем как факторы, влияющие на изменение климата.

Сводка

Хотя погода может меняться каждый день, климат — это средние ежедневные погодные условия за десятилетия. В этом модуле представлены факторы, влияющие на климат во всем мире, такие как форма, наклон и орбита Земли.Начиная с наблюдений за первыми океанскими путешественниками и развивая идеи других на протяжении более поздних веков, модуль описывает, как мы пришли к пониманию климата Земли. Также обсуждается дисбаланс энергии входящей и исходящей радиации и его влияние на ветер и океанские течения.

Ключевые понятия

• Сферическая форма Земли и ее наклон 23,5 ° приводят к неравномерному нагреву от Солнца; низкие широты около экватора получают больше поступающей энергии, чем высокие широты около полюсов.

• Крупномасштабная циркуляция в атмосфере Земли ниже тропопаузы вызвана сочетанием двух факторов: неравномерным нагревом от Солнца и вращением Земли.

• Ячейка Хэдли — это ячейка первичной циркуляции в атмосфере. Он образует полосу теплых температур, низкого давления, спокойных ветров и обильных осадков, называемую зоной межтропической конвергенции около экватора, и полосу высокого давления и небольшого количества осадков около 30 ° северной и южной широты.

• Ячейки Ферреля и полярные ячейки обеспечивают циркуляцию воздуха в более высоких широтах, создавая сухие области с высоким давлением над полюсами и более влажные области около 60 ° с.ш. и ю.ш.
  Большинство наших ранних представлений о циркуляции в атмосфере пришло от моряков, которые записывали свои наблюдения в журналы, когда они исследовали океаны.

Джулия Розен, доктор философии, Энн Эггер, доктор философии «Факторы, контролирующие региональный климат» Visionlearning Vol.EAS-3 (6), 2016.

2 Что мы знаем об изменении климата и его взаимодействии с людьми и экосистемами | Развитие науки об изменении климата

Климатическая система демонстрирует значительную естественную изменчивость

Климат Земли естественным образом изменяется в широком диапазоне временных масштабов, от сезонных колебаний (например, особенно влажная весна, жаркое лето или снежная зима) до геологических временных масштабов в миллионы или даже миллиарды лет.Тщательный статистический анализ показал, что очень маловероятно, что естественные колебания климатической системы могли вызвать наблюдаемое глобальное потепление, особенно за последние несколько десятилетий. Однако естественные процессы вызывают существенные сезонные, межгодовые и даже межгодовые колебания, которые накладываются на долгосрочный тренд потепления, а также на существенные региональные различия. Улучшение понимания закономерностей естественной изменчивости и определение того, как они могут измениться с увеличением выбросов парниковых газов и глобальных температур, является важной областью активных исследований (см. Конец этого раздела и главу 6).

На естественные климатические колебания также могут влиять извержения вулканов, изменения излучения Солнца и изменения орбиты Земли вокруг Солнца. Крупные извержения вулканов, такие как извержение горы Пинатубо в 1991 году, могут извергать обильные количества аэрозолей в верхние слои атмосферы. Если извержение достаточно велико, эти аэрозоли могут отражать достаточно солнечного света обратно в космос, чтобы охладить поверхность планеты на несколько десятых градуса в течение нескольких лет.

Солнечная энергия точно измеряется спутниками с 1979 года, и эти измерения не показывают каких-либо общих тенденций в солнечной энергии за этот период.До эры спутников солнечная энергия оценивалась несколькими методами, в том числе методами, основанными на долгосрочных записях количества солнечных пятен, наблюдаемых каждый год, что является косвенным индикатором солнечной активности. Эти косвенные методы предполагают, что в течение первых нескольких десятилетий 20-го века произошло небольшое увеличение солнечной энергии, полученной Землей, что, возможно, способствовало повышению глобальной температуры в этот период (см. Рис. 2.2).

Возможно, наиболее ярким примером естественной изменчивости климата является цикл ледникового периода.Подробный анализ океанических отложений, ледяных кернов, геологических форм рельефа и других данных показывает, что, по крайней мере, последние 800000 лет и, вероятно, последние несколько миллионов лет, Земля переживала длительные периоды, когда температуры были намного ниже, чем сегодня, и толстые одеяла. льда покрыла большую часть Северного полушария (включая районы, в настоящее время занимаемые городами Чикаго, Нью-Йорком и Сиэтлом). Эти очень длительные периоды похолодания сменялись более короткими теплыми «межледниковыми» периодами, включая последние 10 000 лет.Благодаря сближению теории, наблюдений и

16.3 Методы изучения климата прошлого — Физическая геология, Первый университет Саскачевана, издание

В то время как погода относится к ежедневным изменениям температуры, осадков, ветра и т. Д., климата относится к долгосрочным тенденциям в погодных условиях (на протяжении десятилетий или более). Термин палеоклимат относится к климату Земли в прошлом. Информация, которая у нас есть о климате Земли в прошлом, может быть классифицирована как прямые данные или прокси-данные .Прямые данные — это информация, полученная из первых наблюдений за климатом. Прямые данные могут быть инструментальными данными , полученными из инструментов, предназначенных для количественной оценки наблюдений, или из качественных описаний.

Прокси-данные — это информация, полученная из природных материалов, характеристики которых систематически зависят от климата. То же самое можно сказать и о некоторых инструментальных данных: спиртовой термометр использует тот факт, что объем спирта изменяется в зависимости от температуры.Прокси-данные основаны на отношениях, которые также являются систематическими и последовательными, но между ними есть важные различия:

• Приборы спроектированы таким образом, чтобы их отклик отражал только одну характеристику окружающей среды (например, спиртовой термометр герметизирован таким образом, что на уровень алкоголя влияет только температура, а не давление воздуха или испарение), но могут потребоваться прокси-данные. быть тщательно проанализированы для учета других процессов.
• Данные с инструментов теряются, если наблюдения не производятся и не записываются.Термометр постоянно меняется в зависимости от температуры и не может оставаться в определенном состоянии при изменении условий. Прокси-записи собирают информацию об окружающей среде таким образом, чтобы она сохранялась в течение длительного времени, пока материалы сохраняются в пригодной для использования форме. Некоторые прокси-записи хранят информацию, полученную миллиарды лет назад.
• Приборы преобразуют характеристики окружающей среды в информацию, к которой мы можем получить немедленный доступ (например, вы можете считывать температуру непосредственно с термометра), но материалы, из которых мы получаем прокси-данные, требуют обработки, часто с помощью специального лабораторного оборудования, чтобы получить данные, которые мы можем использовать.

Приборы

• измеряют только то, для чего мы их проектируем, и измеряют только так, как мы проектируем их для этого. Поскольку прокси-данные поступают из материалов, которые сохраняются во времени, можно улучшить методы, используемые для анализа материалов, и повторить более ранние измерения. Обнаружение новых прокси — это постоянная область исследований, которая регулярно раскрывает способы определения характеристик прошлых состояний земной системы, которые мы не считали известными.
• Инструментальные записи и другие прямые наблюдения могут быть хорошо ограничены во времени.Другими словами, мы часто знаем точные даты проведения наблюдений. Данные по доверенности могут поступать из материалов, которые сложно установить с точной датой, и может потребоваться дополнительная информация, чтобы определить, когда были сформированы записи. Иногда прокси-данные могут быть извлечены только в среднем за несколько лет. Соответствующий вопрос заключается в том, достаточно ли разрешение записи (насколько она детализирована) для интересующих временных рамок. Например, среднегодовое значение вообще бесполезно для понимания месячных колебаний климата, но обеспечит исключительно высокое разрешение для геологических процессов, протекающих на протяжении десятков тысяч лет.

Инструментальные записи климата — это данные, полученные с помощью таких инструментов, как термометры, дождемеры или спутниковые измерения протяженности ледяных щитов. Инструментальные записи — это недавняя разработка, поскольку история системы Земля продолжается. Самые старые известные измерения температуры охватывают период с 1654 по 1670 год и были сделаны монахами и священниками-иезуитами, которые управляли станциями в метеорологической сети, поддерживаемой семьей Медичи из Флоренции.

Также существуют неинструментальные исторические записи о климате, которые охватывают периоды человеческой истории до разработки инструментов для измерения климата, которые у нас есть сейчас.При детективной работе их можно использовать для рисования подробной картины климата прошлого. Неинструментальные исторические записи включают письменные записи о том, как долго лед и снег присутствовали в конкретном году, когда происходил сбор урожая, когда происходили наводнения, а также отчеты о судоходстве, в которых указывается размер морского льда. Картины альпийских ледников дают информацию о том, насколько далеко простирался лед, и это можно использовать для восстановления температуры.

Проблемы получения климатической информации из исторических записей

В своей статье Исторические климатические записи в Китае и реконструкция климата прошлого , Цзячэн Чжан и Томас Кроули использовали официальные китайские записи, относящиеся к 1000 году нашей эры, чтобы получить подробную картину климата.Это включало преобразование описаний погодных явлений в систематический масштаб. Одна задача — определить масштаб, другая — решить, что на самом деле означают отдельные счета. Авторы отмечают, что записи дождя или засухи могут отражать восприятие и обобщения людей, писавших о погоде, а не то, что произошло на самом деле. Рассмотрим следующее описание осадков в 1644 году из Дневник Ци Цзунмина :

«В Выжонге уже полгода с мая дождя нет»

Означает ли это, что до мая дождя не было вообще или было очень мало? Было ли это на самом деле шесть месяцев с тех пор, как шел дождь, или это приблизительное значение? Как мы можем надежно перевести различные системы измерения времени в продолжительность и даты, такие как «шесть месяцев» или «май?» Как мы можем точно определить местоположение, если названия мест или политические границы меняются?

Как предупреждают авторы, «требуется много перекрестных проверок, чтобы прийти к полезному описательному отчету о климатических аномалиях.”

Кольца из дерева

Изучение годичных колец деревьев с целью понимания прошлых состояний земной системы называется дендроклиматология . Температуру и историю засухи или влажных периодов можно восстановить по ширине годичных колец. Поскольку годовые кольца формируются ежегодно, эти записи также могут быть хорошо ограничены по времени. Ширина годичных колец отражает скорость роста дерева в данный сезон. На скорость роста влияют не только температура и влажность, но и другие факторы, поэтому необходимо тщательно разработать стратегию отбора проб, чтобы гарантировать достоверность реконструкций климата.

Стабильные изотопы

Атомы имеют ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре определяет, каким элементом является атом, и всегда будет одинаковым для данного элемента. Напротив, количество нейтронов может варьироваться для элемента. Версии элемента, имеющего разное количество нейтронов, — это изотопов этого элемента.

Иногда в атоме есть несколько нейтронов, что делает его нестабильным. Эти атомы в конечном итоге распадаются, высвобождая энергию, и называются радиоактивными изотопами .Скорость распада радиоактивных изотопов известна, что позволяет использовать их для определения возраста природных материалов. Например, датирование по углероду-14 использует радиоактивный изотоп углерода ¹⁴ C, который имеет восемь нейтронов вместо обычного числа, шести (14 означает 6 протонов + 8 нейтронов).

Для исследования климата Земли в прошлом используются стабильных изотопов , которые не распадаются. Стабильные изотопы одного и того же элемента измеряются в природных материалах и сравниваются их соотношения.Оба изотопа участвуют в одних и тех же химических реакциях и физических процессах, но небольшая разница в массе, вызванная одним или двумя дополнительными нейтронами, означает, что в этих процессах с большей вероятностью будет задействован более легкий изотоп, чем более тяжелый. Некоторые процессы делают это таким особым образом, что свидетельства их возникновения остаются в виде отличительного отпечатка пальца в составе стабильных изотопов материалов, образующихся в их окружающей среде.

Пара изотопов, используемая для восстановления прошлых температур, — это изотопы кислорода ¹⁶ O и ¹⁸ O.Отношение ¹⁸ O к ¹⁶ O в воде отражается в карбонате кальция раковин, которые образуются в воде. Раковины могут оставаться в геологической летописи еще долгое время после того, как вода ушла, что позволяет узнать изотопный состав кислорода и, следовательно, температуру водоемов, существовавших в далеком прошлом.

Ледяные керны

Лед в полярных ледниках и горных ледниках сохраняет подробный снимок атмосферы и климата Земли. Образец атмосферы Земли, включая газы и частицы, улавливается и удерживается во льду, а затем закапывается под последующими слоями льда.Годовые слои льда можно использовать для определения временной шкалы данных. Газы в пузырьках воздуха, захваченных льдом (рис. 16.23), анализируются для определения химического состава атмосферы на момент захвата газов.

Рисунок 16.23 Исследователь держит кусок льда из Антарктиды. Точки на фрагменте представляют собой пузырьки воздуха, содержащие образцы атмосферы Земли в прошлом. Источник: Атмосферные исследования, CSIRO (2000) CC BY 3.0 просмотреть источник

Ледяные керны (Рисунок 16.24) представляют собой цилиндры льда, извлекаемые с помощью специального бурового долота. Ядра тщательно упаковываются и хранятся в специально предназначенных для этого помещениях (рис. 16.25), пока они не будут проанализированы.

Рис. 16.24 Ученый взвешивает и измеряет цилиндр с керном Западного антарктического ледяного щита, прежде чем упаковать его для транспортировки. Источник: НАСА / Лора Кениг (2010) CC BY 2.0 просмотреть исходный код Рисунок 16.25 Ледяное ядро ​​Национального научного фонда в Лейквуде, штат Колорадо.Ледяные керны помещаются в трубы длиной 1 м. В основном хранилище поддерживается температура -36 ºC. К счастью, ученые могут исследовать керны в гораздо более теплых условиях в соседней комнате, где поддерживается температура -24 ºC. Источник: Геологическая служба США / Эрик Крейвенс (без даты) Источник просмотра в открытом доступе

Распространение горных пород и ископаемых

Землю можно разделить на шесть основных климатических зон (рис. 16.26). Зоны проходят примерно по широте, поэтому климатическая зона меняется по мере вашего движения к северу или югу от экватора.Когда климат нагревается, зоны сдвигаются от экватора; область, которая сейчас находится в бореальной климатической зоне, могла быть в теплой умеренной климатической зоне, когда климат Земли был теплее. Когда климат остывает, зоны смещаются к экватору.

Рисунок 16.26 Шесть климатических зон по классификации Кеппена-Гейгера. Источник: Карла Панчук (2018) CC BY-SA 4.0. Изменено после LordToran (2007) CC BY-SA 3.0 исходный код

Некоторые типы горных пород характерны для определенных климатических зон.Например, угольные месторождения характерны для субтропического климата. Известняк с окаменелостями коралловых рифов характерен для тропического климата. Если тип породы находится за пределами ее климатической зоны, это может указывать на изменение климата. Уголь можно найти недалеко от Эстевана, Саскачеван, в настоящее время в зоне умеренно теплого климата. Это говорит о том, что когда-то более теплый климат привел к смещению субтропической климатической зоны на север. Часть нефти в западной Канаде присутствует в поровых пространствах древних коралловых рифов.Зона теплого и умеренного климата не могла быть на ее нынешнем месте, когда образовались эти рифы.

Ископаемые останки можно использовать аналогично. Если организм живет в среде обитания с определенным климатом, то свидетельство того, что этот организм мигрировал от экватора, может указывать на потепление. Смещение к экватору может указывать на похолодание.

Изучение пыльцы и спор растений, называемое palynology , очень полезно для определения распределения растений, когда есть свидетельства наличия более крупных частей растений (например,g., ископаемые листья и кора) отсутствует. Пыльца и споры очень устойчивы и могут выжить в окружающей среде, в то время как другие растительные материалы — нет. Подробные записи пыльцы и спор, а следовательно, и климатических зон в конкретном месте, могут быть получены из озерных отложений. Озера в климате с сильной сезонностью (четкая разница в температуре в зависимости от сезона) могут накапливать отчетливые годовые слои донных отложений, называемые varves (рис. 16.27). Каждый год представлен светлым слоем и темным слоем.Легкие слои состоят из песка и ила весеннего стока. Более темные слои включают органическое вещество, накопленное в течение года.

Рисунок 16.27 Варв в керне из Каноэ Брук, Драммерстон, Вермонт. Каждая пара светлых и темных слоев представляет один год. Верх сердечника находится справа. Источник: Карла Панчук (2017) CC BY-NC-SA 4.0 (метки добавлены). Изменено после Джек Ридж / North American Glacial Varve Project (2008) исходный код. Щелкните изображение, чтобы ознакомиться с условиями использования.

Варвов можно подсчитать, чтобы определить возраст отложений, а пыльцу и споры из отложений можно извлечь, чтобы увидеть, какие типы растительности присутствовали в разное время.

Список литературы

Ridge, J.C. (2008) Североамериканский ледниковый проект. Получено с http://eos.tufts.edu/varves

.

Чжан Дж. И Кроули Т. (1989). Исторические климатические рекорды в Китае и реконструкция климата прошлого. Journal of Climate 2 (8), 833-849.https://doi.org/10.1175/1520-0442(1989)002<0833:HCRICA>2.0.CO;2 Полный текст

3. Климат и жизнь

Преподавание взаимосвязи между климатом и жизнью поддерживается пятью ключевыми концепциями:

а. Отдельные организмы выживают в определенных диапазонах температуры, осадков, влажности и солнечного света. Организмы, подвергающиеся воздействию климатических условий за пределами их нормального ареала, должны адаптироваться или мигрировать, иначе они погибнут.

г. Присутствие небольших количеств удерживающих тепло парниковых газов в атмосфере нагревает поверхность Земли, в результате чего на планете появляется жидкая вода и жизнь.

г. Изменения климатических условий могут повлиять на здоровье и функционирование экосистем, а также на выживание целых видов. Характер распределения окаменелостей свидетельствует как о постепенном, так и о внезапном исчезновении, связанном с изменением климата в прошлом.

г. Ряд природных данных показывает, что последние 10 000 лет были необычно стабильным периодом в истории климата Земли. В это время развились современные человеческие общества. Сельскохозяйственная, экономическая и транспортная системы, на которые мы полагаемся, будут уязвимы в случае значительного изменения климата.

e. Жизнь, включая микробы, растения, животных и людей, является основным двигателем глобального углеродного цикла и может влиять на глобальный климат, изменяя химический состав атмосферы. Геологические данные показывают, что жизнь значительно изменила атмосферу на протяжении истории Земли.

Жизнь влияет на климатическую систему, и, в свою очередь, климат диктует, где и как виды могут выжить.

Жизнь влияет на состав атмосферы и, следовательно, на климат, потому что разные формы жизни поглощают и выделяют газы, такие как углекислый газ, метан и кислород, с разной скоростью.Климатические условия помогают формировать различные экосистемы и среды обитания по всему миру. Определенный климат может быть благом для одного вида и опустошением для другого. На изменение климата виды и экосистемы реагируют адаптацией, миграцией или сокращением своей популяции. К постепенным изменениям климата легче приспособиться, чем к резким колебаниям, и это, безусловно, верно как для людей, так и для других видов. Исследования климатической истории Земли показывают, что в прошлом климат менялся, что привело к резким изменениям в экосистемах.Однако последний геологический период, голоцен (около 10 000 лет назад), был необычайно стабильным.

Происхождение: Изображение из Microsoft Office
Повторное использование: Если вы хотите использовать этот элемент за пределами этого сайта способами, выходящими за рамки добросовестного использования (см. Http://fairuse.stanford.edu/), вы должны получить разрешение от его создателя.

Между жизнью и климатом существует динамический баланс

Способ, которым Земля поддерживает жизнь, имеет жизненно важное значение на многих уровнях.

• Условия на Земле, такие как температура, влажность, концентрация кислорода и солнечный свет, — вот что поддерживает жизнь.
• На протяжении всей геологической истории жизнь на Земле влияла на климатическую систему и наоборот.
• Вымирание видов как в геологическом прошлом, так и в настоящее время может быть связано с изменениями климата.
• Распознавание прошлых климатических изменений является ключом к пониманию нынешних и будущих изменений климата.
• Изменения климата приведут к изменению экосистем.Невозможно предсказать детали конкретных последствий изменения климата для каждой из мировых экосистем.
• Хотя концентрации парниковых газов менялись на протяжении всей истории Земли, нет естественного аналога сегодняшнему быстрому увеличению выбросов парниковых газов, созданных человеком.

капли воды на поверхности листа

Происхождение: из Microsoft Office
Повторное использование: Если вы хотите использовать этот элемент за пределами этого сайта способами, выходящими за рамки добросовестного использования (см. Http: // fairuse.stanford.edu/) вы должны получить разрешение от его создателя.

Помогая студентам понять эти идеи

Как и большая часть науки о климате, эти концепции охватывают несколько научных дисциплин. Изучение этих идей — это способ продемонстрировать, как научное мышление выигрывает от обмена опытом между разными типами ученых.

Эта тема может быть введена путем мозгового штурма для определения условий, необходимых для процветания жизни. Учащиеся могут изучить, как существует жизнь во многих частях земной системы, например, в глубинах океанов или в кислых горячих источниках.Жизнь крепка и многогранна. Тем не менее, всем организмам необходимы определенные условия для жизни.

В настоящее время планета существует при температуре, которая не является ни кипящей, ни навсегда замороженной. Это связано с естественным парниковым эффектом, который заставляет атмосферу удерживать исходящее тепло. Возможное заблуждение состоит в том, чтобы спутать естественный парниковый эффект с усилением этого эффекта, вызванного выбросами парниковых газов от сжигания ископаемого топлива (McCaffrey & Buhr, 2008).Это идеальная возможность обсудить разницу между естественными процессами и антропогенными воздействиями. Например, если определенное количество парникового газа позволяет жизни на Земле процветать, то лучше ли его больше?

При обучении взаимодействию климата и жизни следует подчеркивать различия между естественными и антропогенными изменениями. Могут возникнуть такие вопросы, как: Все ли естественные изменения хороши? Все ли антропогенные эффекты плохи? Является ли наш нынешний климат «правильным»? Важно подчеркнуть, что недавнее увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере беспрецедентно в геологическом прошлом.Сравнение естественных и антропогенных изменений может способствовать развитию у учащихся заботы о планете.

Учение об ограниченной способности организмов адаптироваться к изменению климата не должно приводить к мрачным сценариям. Вместо этого попытайтесь способствовать пониманию того, что люди несут ответственность за стабилизацию естественных климатических условий, чтобы сохранить среду, в которой процветают люди и окружающие экосистемы.

Реализация этих идей в вашем классе

Многие из этих идей являются частью учебной программы по естествознанию, но они объединяют концепции из физических наук, географии и других дисциплин.Возможные темы для обучения пониманию этого принципа:

• Сезонные миграции видов.
• Эффект «зеленого» весны в северном полушарии и результирующая колебательная картина атмосферных концентраций CO ₂ , как показано в Упражнении по двуокиси углерода.
• События масштаба десятилетия, такие как нашествия насекомых, сукцессия лесов или засуха.
• Роль жизни в формировании климата, особенно в создании богатой кислородом атмосферы Земли.
• 100 000-летний цикл ледниковых периодов, роль CO ₂ в усилении колебаний температуры и реакция биологических систем на эти резкие изменения климата.
• Периодические события массового вымирания, которые подчеркивают геологическую летопись и, вероятно, были связаны с климатическими изменениями.

Еще один подход, который может заинтересовать старшеклассников, — это тонкая взаимосвязь между жизнью и климатом. Многие студенты будут удивлены, узнав о прошлых событиях массового вымирания и других резких колебаниях баланса биосферы.Это ключевое место для обсуждения роли человека в изменении окружающей среды и климата.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• Температура и осадки как ограничивающие факторы в экосистемах — учащиеся сопоставляют графики силы растительности, температуры и данных об осадках для четырех различных экосистем, чтобы определить, какой климатический фактор ограничивает рост.
• Зеленые машины океана — это видео о фитопланктоне — основе морской пищевой сети, источнике половины кислорода на Земле и важном удалителе CO ₂ из атмосферы.
• Эксперименты в классе, такие как «Поглощение углекислого газа из воды» растениями, могут явно показать эффекты, которые обычно не наблюдаются. Эти демонстрации показывают роль растений в смягчении подкисления, вызванного растворением CO ₂ в воде.

Средняя школа

• Учащиеся могут исследовать обусловленные климатом эффекты экосистемы, например, с помощью анимации, демонстрирующей вспышки и климат соснового жука. В коллекции CLEAN много ресурсов о сосновых жуках, в том числе несколько видео.
• Зачем лететь на юг? «Как изменение климата влияет на фенологию растений и животных» проведет студентов через процесс построения данных за 30 лет, показывающих дату первого цветения сирени и количество дней ледяного покрова близлежащего озера Чайка.
• Кораллы «Когда-то и будущее» — это слайд-шоу с повествованием, которое показывает, насколько коралловые рифы подвергаются опасности из-за загрязнения, изменения температуры океана, закисления океана и изменения климата. Кроме того, ученые обсуждают, как извлечение ядер кораллов дает информацию об изменениях температуры океана в прошлом.
• Project Budburst — это гражданский научный проект, посвященный влиянию человека на растения и животных в окружающей среде.

Родственные педагогические методы:

Колледж

Найдите упражнения и наглядные пособия для преподавания этой темы

Поиск по классу: средняя школа старшая школа введение колледж высший колледж поиск все классы

Список литературы

Carbon Cycle — краткое объяснение углеродного цикла от NOAA.

«Основы углеродного цикла и парникового эффекта» содержит краткое и легкое для понимания резюме самых актуальных исследовательских вопросов в этой области.

CarbonTracker Этот инструмент NOAA представляет собой систему измерения и моделирования CO ₂ для отслеживания источников и стоков углекислого газа по всему миру.

xkcd Хронология средней температуры Земли иллюстрирует стабильный климат на протяжении голоцена.

Глобальное потепление 55 миллионов лет назад, статья из Смитсоновского института, в которой суммируются термические максимумы палеоцена-эоцена, что дает представление о наших текущих климатических условиях.Это область постоянных исследований, особенно из-за ее актуальности для современного изменения климата.

Дополнительные ресурсы

Видео об этом принципе

Инклюзивное руководство для преподавателей климата

.