Основы биогеографии (В. Г. Мордкович, 2005)

Предлагаемая книга – оригинальное исследование широкого профиля по проблемам биогеографии со сводкой данных для фито-, зоо- и биогеографов, биологов и географов, преподавателей и студентов университетов и биологических вузов. Это наиболее полное руководство на русском языке, сочетающее доступность в изложении и основательность в подаче материала, в 21 главе, объединённых в 6 блоков, соответствующих главным направлениям биогеграфии. Ее фундаментальные положения даны в сочетании с нетрадиционным и новыми подходами структурного и семантического плана. Изложены предмет, задачи, история, теоретические позиции и проблемы биогеографии. Впервые сведены в иерархическую систему географические свойства жизни и экологические особенности структурной организации земной поверхности (геоэкография), предопределяющие характер распространения биоты. Критически анализируются принципы ареалогии и районирования флор и фаун. Обоснована оригинальная компромиссная схема биогеографического районирования, учитывающая в равной мере биологические и географические, зоологические и ботанические параметры. Вводится понятие биотогенеза, даётся анализ его движущих сил и механизмов. Охарактеризованы специфика экологической и островной биогеографии. Руководство избавлено от ставших модными в последнее время попыток превратить биогеографию в придаток экологии, биологии, географии или охраны природы и представляет её как отдельное научное направление, имеющее самостоятельный статус и равные права с другими. Книга предназначена для биологов, географов, ландшафтоведов, специалистов лесной отрасли, сельского хозяйства и карантинных служб, преподавателей вузов биологических и географических специальностей, аспирантов и студентов, а также для широкого круга лиц, желающих получить системное представление о биогеографии.

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Основы биогеографии (В. Г. Мордкович, 2005) предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

Часть II. геоэкография

Мы в ловушке

под названием Земной шар;

если вырвешься – позвони!

М. Жванецкий.

Глава 4

Экография земной поверхности под влиянием космических факторов

Мы попали в сей мир, как в силок – воробей.

Мы полны беспокойства, надежд и скорбей.

В эту круглую клетку, где нету дверей

Мы попали с тобой не по воле своей.

Омар Хайям

4.1. Система экологических факторов и суть экографии

Любой организм на земной поверхности похож на волка при загонной охоте, в которого палят из ружей со всех сторон стрелки, сидящие в засаде. В роли “стрелков” выступают так называемые экологические факторы, т. е. любые агенты среды, способные оказывать на организм влияние в форме физического контакта, потока энергии или информации. Великое множество разнообразнейших экологических факторов явно нуждается в упорядочении. Обычно их делят на абиотические и биотические, т. е. происходящие из неживой или живой природы. Среди абиотических факторов различают климатические, водные и почвенные (по связи с физическими средами, где эти “агенты влияния” действуют). Однако значение фактора и характер его влияния в гораздо большей мере определяются его происхождением. По этому принципу факторы делятся, прежде всего, на космические и планетарные (рис. 13).

Космическими следует считать факторы, которые возникают как следствие процессов, происходящих вне нашей планеты, т. е. в космосе. Планетарные факторы генерируются непосредственно на планете Земля. В разряд космических факторов попадают: во-первых, форма и размеры третьей от светила планеты Солнечной системы; во-вторых, космические ритмы, заданные движением Земли вокруг своей оси и Солнца; в-третьих, инсоляция (от лат. insolare – выставлять на солнце), т. е. видимое тепловое и ультрафиолетовое излучения солнца; в-четвёртых, лунное освещение и притяжение; в-пятых, свет и констелляция, т. е. взаиморасположение звезд. К планетарным факторам относятся: тектонические процессы, циркуляция атмосферы, фактура среды обитания и циркуляция гидросферы, геоморфология, геохимия субстрата и другие.

Каждый из факторов, хоть и рассматривается в качестве экологического, т. е. как бы направленно формирующего среду обитания биоты, на самом-то деле является превентивным, ибо действовал задолго до возникновения жизни на Земле. К моменту её появления земная поверхность уже имела упреждающую планировку условий, которые лишь потом стали экологическими. Кстати, эта планировка останется и в будущем, если, не приведи Господи, жизнь на нашей планете вдруг прекратится. Описание планировки жизненного пространства является самостоятельной биогеографической задачей, а решать её надо в рамках раздела биогеографии, именуемого экографией (от греч. oikos – дом, жилище; grapho – пишу, описываю). Организмы, перманентно растущие в числе и разнообразии, ориентируясь на эхографическую матрицу, примериваются к пространству и вписываются в него, как “краска в холст”. Рассмотрим коротко экографические следствия основных космических факторов.


Рис. 13. Система факторов среды, действующих на организм (ориг.).


4.2. Инсоляция

Непрерывный и мощный поток инсоляции – 8,4 дж/см2/мин, изливающийся на Землю из рога изобилия, именуемого Солнцем, является первостатейным фактором. Без него жизни просто не может быть, так как из 100 % энергии, аккумулируемой нашей планетой, 99 % поступает из космоса (рис. 14). Солнечное излучение дифференцировано соответственно длины световой волны и связанной с ней энергии. Та часть солнечного спектра, которая называется “видимые лучи”, важна для фотосинтеза растений. Другие части спектра используются организмами в качестве источника тепловой энергии (инфракрасные лучи) или для специальных форм синтеза – витаминов и других подобных веществ (ультрафиолетовые лучи – УФ).

Видимое излучение, составляющее не менее половины суммарной радиации, становится основой создания организмами-продуцентами ежегодно 100 млрд, т первичной органической продукции. Она служит исходным звеном длинных и сложных трофических цепочек и сетей, которыми как паутиной повязана вся биота. Видимое излучение определяет уровень обмена веществ в организме, стимулирует или ингибирует процессы размножения, роста, развития, поведения растений и животных.

Ультрафиолетовые лучи, несмотря на незначительную долю в общем спектре солнечной радиации, тоже чрезвычайно важны для биоты. Протисты, чьё тело полностью проницаемо для облучения, высшие растения и животные, защищённые покровами, по-разному реагируют на УФ-излучение. Сильная абсорбция УФ-лучей высокомолекулярными соединениями клеток приводит к тому, что мелкие одноклеточные организмы погибают под их действием за очень короткое время.


Рис. 14. Суммарная солнечная радиация на географических широтах Земного шара, средняя для разных долгот (по: Жаков, 1984).


Рис. 15. Интенсивность ультрафиолетового излучения в зависимости от высоты солнца. По: Троян, 1988.


Рис. 16. Длина самого продолжительного (а) и самого короткого (б) дня в разных географических широтах. По: Троян, 1988.


Эти свойства УФ-лучей используют для стерилизации, так как облучение в течение 5–7 минут убивает все бактерии и даже их цисты. Споровые микроорганизмы обладают вдвое большей сопротивляемостью к воздействию ультрафиолета. Еще более выносливы к нему грибы и яйца круглых червей-нематод. Очень большое значение имеет время экспозиции. Например, при длительном воздействии УФ-излучение ингибирует развитие спор грибов, а при коротком, наоборот, стимулирует их прорастание. Высшие растения, в принципе, не испытывают особой потребности в получении УФ-лучей. Они используются зелёными растениями лишь для синтеза витамина D. Он обусловливает некоторые виды пигментации, например, стимулирует образование антоцианов у растений при дефиците тепла. Выживаемость водных беспозвоночных (например, планарий) и позвоночных животных (например, рыб, лягушачьих головастиков) в экспериментах прямо зависит от доз УФ-облучения. Крупные наземные животные (птицы, млекопитающие и человек) испытывают потребность в определённом количестве УФ-излучения тоже для синтеза витамина D. Не случайно, что загорать любят не только белокожие, но и чернокожие люди. Известны зависимости между дозами УФ-облучения и числом детенышей у млекопитающих. В этой связи можно рассматривать вспышки массового размножения многих беспозвоночных и мелких позвоночных животных, которые совпадают по времени с усилением солнечной активности и поступлением повышенных доз ультрафиолетовых лучей через каждые 11 лет (лемминги, луговой мотылёк, сибирский шелкопряд). В избыточных количествах УФ-облучение приводит к ожогам, болезням кожи, волосяного покрова и даже смерти. Поток УФ зависит от высоты Солнца, т. е. растёт от полюсов Земли к экватору (рис. 15).

Тепловое излучение поступает на земную поверхность двумя путями. Лишь около 20 % инфракрасных лучей достигает земной поверхности непосредственно. Остальные 80 % сначала поглощаются водяными парами атмосферы и только потом поступают на Землю в виде тепла воздушных масс и осадков. Тепловое излучение инфракрасной части солнечного спектра определяет общие температурные рамки существования земной биоты. Живые организмы, за редкими исключениями, могут жить только в интервале температур между 0° и 50 °C. В этих пределах температура среды совместима с нормальным ходом процессов обмена веществ внутри организма. Ниже 0° замерзает вода в клетках, превращаясь в кристаллы льда, рвущие нежные клеточные оболочки. При температуре выше 50° меняется структура белков, они коагулируют.

Все физиологические процессы растений и животных зависят от температурных условий. Особенно заметное влияние температура оказывает на фотосинтез, обменные процессы, двигательную активность, размножение и т. д.

Пороговые температуры, при которых начинается или прекращается физиологическая активность животных и растений, специфичны для отдельных видов. От температуры окружающей среды зависит ускорение или торможение метаболических процессов.

Скорость движения животных тоже часто является линейной функцией температуры. У гомойотермных животных объём требуемой пищи меняется в зависимости от температуры тела и среды обитания. Форма размножения (половое, бесполое) и количество потомков во многих случаях тоже зависит от температуры окружающей среды.

На земной поверхности мест, не подверженных инсоляции, не существует. Однако количество поступающей инсоляции, её состав, ритм подачи энергии очень сильно различаются на разных участках географической арены, в зависимости от других факторов.

4.3. Форма планеты и её положение относительно Солнца

Этот фактор, в первую очередь, обусловливает неравномерное распределение инсоляции в пространстве. Солнечные лучи падают на выпуклую поверхность Земного шара под разными углами. Вблизи экватора они падают почти отвесно. При удалении от него угол падения уменьшается, поэтому эффективность поглощения радиации земной поверхностью снижается. В связи с этим суммарный поток солнечной радиации за стандартный промежуток времени при хорошей прозрачности атмосферы возрастает с уменьшением географической широты (рис. 16). Градиентность изменений предоставляет живым организмам уникальную возможность приспосабливаться к смене условий инсоляции постепенно, без резких скачков, что в большой мере обеспечило охват жизнью всей земной поверхности от экватора до полюсов.

4.4. Космические ритмы

Этот фактор обязан своим наличием вращению Земли вокруг своей оси и Солнца. В результате инсоляция земной поверхности происходит в строго определенном периодическом режиме. Он задан чередованием светлого и тёмного времени, сменой разных экологических сезонов, повторяемостью главных жизнеопределяющих явлений через стандартные промежутки времени: сутки, кварталы, годы. Благодаря этим ритмам, земная поверхность, находясь под контролем животворного в определенных пределах, но смертельного при избытке, инсоляционного потока, не успевает ни перегреться, ни переохладиться до состояния опасного для жизни.

Существование живых организмов в такой ситуации зависит, прежде всего, от их способности синхронно реагировать на ритмику инсоляции. Достигается это выработкой в процессе эволюции эндогенных (внутриорганизменных постоянных) ритмов метаболизма (циркадианных, квартальных, годичных, многолетних), характерных для каждого вида живых существ в нужное время в нужном месте.

Из-за того, что наклон оси вращения Земли к плоскости её околосолнечной орбиты составляет угол 66,5°, она обращается к светилу то Южным, то Северным полушарием. В положении на 22 июня (день летнего солнцестояния) земная ось наклонена в сторону Солнца северной половиной на 23,5°. В этот день полуденные лучи падают перпендикулярно, т. е. наиболее эффективно, на 23,5° с.ш. Параллель, проходящая через эту широту, получила особое название – Северный тропик или Тропик Рака. В этом положении Северное полушарие освещается и нагревается больше, чем Южное.

В день зимнего солнцестояния (22 декабря), в отличие от 22 июня, наибольшее количество тепла и света получает не Северное, а Южное полушарие. Теперь полуденные лучи Солнца падают отвесно на 23,5° ю.ш. Параллель, проходящая через эту широту, названа Южным тропиком или Тропиком Козерога.

Тропики Рака и Козерога являются знаковыми рубежами качественного изменения режимов инсоляции на общем градиентном фоне. Между тропиками Солнце в полдень бывает в зените дважды в год, поэтому поток инсоляции достигает здесь максимальных на Земле значений. Продолжительность дня и ночи в течение всего года постоянны (рис. 17). Сезонные флуктуации теплообеспечения и освещения выражены очень слабо. Условия жизни в нём по всем параметрам относятся, безусловно, к наиболее комфортным.

Параллели, проходящие на широтах 66,5° в Северном и Южном полушариях, именуемые соответственно Северным и Южным полярными кругами, тоже служат важными экологическими ориентирами. На всем пространстве от них до соответствующих полюсов обязательно бывают периоды, когда Солнце не восходит или не заходит по много дней (до полугода на полюсах). Однако даже при непрерывном полугодичном освещении солнечные лучи здесь лишь скользят по поверхности Земли под острым углом, не успевая отдать ей свою энергию. Амплитуда и контрастность сезонных изменений невелики. Условия жизни в них наиболее дискомфортны.

Пространства между полярными кругами и соответствующими тропиками отличаются разной продолжительностью дня и ночи, которая закономерно меняется с широтой местности (рис. 17). Только дважды в году 21 марта и 23 сентября в этих поясах день бывает равен ночи по 12 часов каждый. Это астрономические сроки наступления весеннего и осеннего экологических сезонов года. Смена сезонов носит очень контрастный характер.


Рис. 17. Различия освещённости северного и южного полушарий Земли в разное время года:

А – положение земли на 22 июня: в северном полушарии начинается лето, в южном – зима. В высоких широтах день долог, а в нижних – короток. Места, где солнечные лучи падают на земную поверхность под небольшим углом, находятся севернее экватора; Б – положение земли на 22 декабря: наблюдается картина, противоположная по сравнению с А; В – положение земли на 21 марта и 23 сентября: в одном полушарии начинается весна, в другом – осень. Долгота дня на всех широтах составляет 12 часов. Место отвесного падения солнечных лучей приходится точно на экватор.


Полярные и медиальные пояса в разных полушариях, несмотря на сходство многих параметров, не могут, однако считаться полными аналогами. Их космические ритмы, одинаковые по набору и порядку явлений, смещены, однако, по фазе на 180 дней. Поэтому, когда в Северном полушарии на полюсе день, в Южном – ночь. Зима в Северном полушарии является самым холодным временем года, а в Южном – самым тёплым. Для многих видов живых организмов это непреодолимое или с трудом преодолимое препятствие для того, чтобы жить в обоих поясах сразу.

Хронический недостаток тепла приводит к образованию сплошного ледникового покрова. Он при определённых обстоятельствах может распространяться навстречу экватору, иной раз до 60° и даже 40° широты, как, например, в Северном полушарии в четвертичном геологическом периоде.

4.5. Лунный свет

Лунный свет волнует не только поэтов и влюблённых, но и другие, вполне заурядные организмы. Интенсивность лунной иллюминации по сравнению со щедрым сиянием Солнца невелика. Однако это “яичко дорого в пасхальный день”. Слабенькое лунное освещение служит досадной помехой организмам, выработавшим жёсткую фотопериодическую реакцию на ритм солнечного освещения. Такие организмы боятся лунного света и вырабатывают специальные приспособления, чтобы воспрепятствовать его действию. У некоторых бобовых растений (соя, земляной орех, клевер) происходят так называемые “сонные” движения листьев. Днём они принимают горизонтальное положение перпендикулярно солнечным лучам, а ночью, при полной луне, – вертикальное. Так снижается на 80–95 % интенсивность лунного освещения, чтобы оно не влияло на ритмы обменных процессов в организме. У других растений парные листья, поворачиваясь вокруг своей оси, складываются ночью чувствительными к свету поверхностями вовнутрь, навстречу друг другу. Таким образом, снижается воздействие лунного света.

Растения короткого дня, наоборот, при лунном освещении цветут лучше, чем в темноте. У них увеличивается число цветков.

Впечатляющий пример зависимости от лунного освещения показывает многощетинковый червь-палоло (Palola viriis) из тропических морей (Polychaeta), который размножается строго в первой четверти лунных месяцев. В это время, лунной ночью, поверхность моря кишмя кишит оторвавшимися задними члениками тел червей, набитых спермой и яйцами, всплывших на поверхность. Море напоминает вермишелевый суп, из которого полинезийцы вылавливают лучшие кусочки в качестве лакомства.

Интенсивность лунного освещения в большой мере зависит от формы планеты и ритмов её вращения, поэтому закономерно различается на разных географических широтах. В экваториальном поясе она достигает значения 1 люкса, в медиальных поясах – 0,3–0,5 люкса, а в полярных – минимальна.

4.6. Лунное и солнечное притяжения

Лунное и, в меньшей мере, солнечное притяжение служат причиной периодического поднятия и опускания уровня воды в океанах. Высота приливов различается в разных местах. В открытом океане она составляет около 1 метра, у берегов – около 2 м (в среднем). Приливы приблизительно совпадают с прохождением Луны через меридиан данного места, достигая наибольшей высоты в новолуние, когда притяжения Луны и Солнца суммируются. Высокие приливы бывают и в полнолуние. За лунные сутки бывает два прилива и два отлива с периодичностью около шести часов. Наличие суши среди океанов несколько нарушает правильность наступления приливов и отливов. Тем не менее, это является регулярным фактором, мало влияющим на состояние среды обитания открытого океана и внутри континентальной суши, но зато формирующим особую среду жизни в полосе контакта суши и океана, именуемую литоралью. Условия жизни в литорали меняются градиентно от линии прибоя до линии осушки. Периодически обсыхающая и затопляемая полоса, получившая название супралитораль – самая своеобразная часть литорали, с предельно переменчивыми условиями жизни в довольно строгом ритме. Ширина полосы осушки бывает от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч метров (например, у берегов Кореи).

Литораль присутствует во всех инфляционных поясах Земли, оконтуривая все континенты, и может рассматриваться как особый береговой элемент экографии земной поверхности, наряду с сушей и океаном.

Влияние Луны сказывается и на сугубо наземных организмах. Например, некоторые виды бабочек-совок (подсемейства Heliothinae) повышают уровень своей лётной активности перед полнолунием и новолунием. Эта активность коррелирует со временем максимального гравитационного воздействия Луны и сказывается на распределении совок в пространстве.

4.7. Свет и констелляция (взаиморасположение) звёзд

Свет и взаиморасположение звёзд имеют значение для ориентации животных и человека при активных миграциях. Различаясь в Северном и Южном полушариях Земли, звёзды могут вносить свой вклад в эффект гетерополярности земной поверхности. Звёзды в темноте становятся единственным световым раздражителем, позволяющим воспринимать данное место, как своё. Растения и животные под чужим небом чувствуют себя дискомфортно. Даже люди, пересекая экватор, ощущают это важное событие не только психологически, но и физиологически.

4.8. Влияние космических факторов на геоэкографию

Совокупное действие космических факторов имеет ярко выраженные географические следствия и, прежде всего, дифференциацию поверхности Земли на пять горизонтальных полос, опоясывающих геоид вдоль параллелей. Их количество, набор, порядок следования друг от друга зависят от космических причин гораздо больше, чем от планетарных. Прежде всего, они отличаются друг от друга по условиям инсоляции. Поэтому и именуются инфляционными поясами. Будучи порождением космоса, они даже не имеют на Земле жёстко фиксированных границ в виде каких-либо физиономически выраженных барьеров, а переходят один в другой постепенно, градиентно. Границы между ними можно провести лишь условными линиями полярных кругов и тропиков. Ориентируясь на эти рубежи, территорию, расположенную к северу от Северного Полярного круга называют бореополярным, а к югу от Южного Полярного круга – нотполярным инфляционными поясами (от лат. borealis – северный, notalis – южный, polaris – полюс). Между линиями полярных кругов и тропиков размещаются борео- и нотмедиальные пояса (от лат. media – средний). Между Северным и Южным тропиками находится экваториальный инфляционный пояс (от лат. equator – равноделящий).

В экваториальном поясе время света и время тьмы сменяют друг друга ежесуточно. Режим поступления энергии отличается близ экватора максимальной частотой смен и упорядоченностью. Между тропиками и полярными кругами режим освещенности качественно меняется всего раз в квартал и очень постепенно. У полюсов режим освещения меняется всего лишь два раза в год. Поскольку от экватора к полюсам уменьшается ещё и суммарный приток инсоляции, то от экваториального пояса к полярным напряжённость режима жизнеобеспечения последовательно убывает. Жизнь реагирует на подобную смену адекватно: снижением уровня биоразнообразия, биомассы и темпов развития от экваториального пояса к полярным.

Борео- и нотполярные, а также два медиальных пояса, аналогичны лишь по общему уровню и ритмам инсоляции. Однако аналогичные пары зеркально отличаются друг от друга порядком инсоляции в течение года. Такое отличие лишь с первого взгляда может показаться незначительным. На самом деле безальтернативная значимость для жизни космических факторов инсоляции и жёсткость космических ритмов обязывают земные организмы синхронизировать с ними порядок индивидуального развития, а, следовательно, и характер размещения в пространстве. Когда северных оленей и овцебыков, являющихся обитателями бореополярного пояса, насильно перемещают в аналогичные условия Южного полушария Земли, то они производят на свет мёртвым потомство, зачатое в Северном полушарии, из-за несоответствия внутриорганизменного ритма развития зеркально неадаптивному ритму внешней среды чужого полушария. Ещё жёстче сказывается подобное несовпадение эндогенного и экзогенного ритмов на насекомых. Рождение личинок оводов, живущих в почве, имаго которых паразитируют на оленях, приходится в Южном полушарии не на лето, как было рассчитано, а на зиму. В результате оводы оказались вовсе неспособными переселиться в Южное полушарие Земли, хотя их хозяева – северные олени смогли после длительной релаксации это сделать.

Важнейшее значение космических факторов заключается ещё и в том, что различия в конфигурации, размерах, порядке размещения друг относительно друга в пространстве и даже экологические режимы в инсоляционных поясах меняются в ограниченных масштабах. Меняется лишь степень отличий поясов друг от друга, но не качество, а, главное, сохраняется градиентный и векторный характеры отличий.

Создаваемая действием инсоляции пространственная матрица экологических условий является первичной наиважнейшей эхографической базой, без которой невозможно представить себе появление тех или иных организмов на арене жизни, становление их отношений между собой, формирование определённых совокупностей таксонов и, наконец, эволюцию жизни в целом.

Вопросы для самопроверки:

1. Чем экография отличается от экологии?

2. Почему деление экологических факторов на космические и планетарные конструктивней, чем на почвенные, водные и климатические?

3. На каких основаниях выделяются инсоляционные пояса Земли?

4. Какое значение для геоэкографии имеют линии тропиков и полярных кругов?

5. Чем отличаются условия жизни к северу и югу от экватора? Почему?

Глава 5

Влияние циркуляции литосферы на экографию земной поверхности

Самое непостижимое на этой Земле то, что она постижима.

Альберт Эйнштейн.

Понятие литосфера, что в переводе с греческого значит “каменная оболочка”, казалось бы, плохо ассоциируется с понятием циркуляция. Тем не менее, ещё Ж. Бюффону в первой половине XVIII в. приходило в голову, что в недрах Земли происходят какие-то процессы, приводящие в движение твёрдую кору планеты.

С тех пор одним из наиболее значимых планетарных факторов для распределения жизни в пространстве считается непостоянство местоположения континентов на земной поверхности, их перманентное перемещение в пространстве, периодическое приближение и удаление друг от друга, сближение и соединение в единый массив и дробление. Только с помощью таких явлений оказывается возможным объяснить наличие близкородственных таксонов растений, нелетающих и неплавающих животных на материках, разделённых в пространстве тысячами километров солёной воды или, наоборот, совмещение на одной территории организмов, генеалогические корни которых лежат в разных концах света… (рис. 18)


Рис. 18. Географическое размещение родственных крупных нелетающих птиц.


5.1. Альфред Вегенер и его гипотеза дрейфа континентов

Первой серьёзной попыткой объяснить отмеченные выше биогеографические феномены была гипотеза “дрейфа континентов”, обоснованная неплохо для своего времени выдающимся немецким учёным Альфредом Вегенером (1880–1930). Суть гипотезы сводилась к тому, что когда-то, сотни миллионов лет назад, существовал единый суперматерик Пангея, который затем распался на несколько крупных кусков, составивших основу современных материков. Они, плавая в земной полужидкой мантии, постепенно “разбрелись” в разные стороны друг от друга. Промежутки между ними заполнили воды Мирового океана.

Доказательствам своего открытия А. Вегенер посвятил всю свою жизнь без остатка в прямом смысле этого слова. Ради грандиозной идеи кабинетный мыслитель-теоретик совершенно изменил свой образ жизни (рис. 19). Университет он закончил по специальности “Астрономия”. Однако земные просторы манили больше, чем небо. И Вегенер постепенно опускается со звёзд на землю. В 1906 году, на заре воздухоплавания, он вместе с братом впервые в жизни поднялся в небо на воздушном шаре, чтобы получить необходимые сведения о физике атмосферы. Они не брали с собой продукты и тёплую одежду, так как вовсе не собирались летать долго. Однако Альфред, увлечённый работой, всеми силами мешал брату сажать аэростат. Полёт длился 52 часа (вместо четырёх запланированных). Высота подъёма достигла 3 700 м. Так был установлен мировой рекорд воздухоплавания. Он не стал выше лишь потому, что неистовый учёный упал в обморок. Полузамёрзший и голодный Альфред был в такой эйфории от полученных научных и эмоциональных результатов, что в следующий полёт захватил в два раза больше приборов, немножко продуктов и… привлекательную девушку, которая была младшей дочерью великого климатолога Кёппена. Через два часа полёта он сделал девушке два предложения: на минутку оторваться от работы и… стать его женой. Получив согласие, немедленно надел ей на палец предусмотрительно заготовленное обручальное кольцо. Дочь климатолога отказать не могла, и они продолжили исследования. Он умел добиться цели неординарными способами. Апофеозом этих полётов стали книга “Термодинамика атмосферы” и три дочери.

В Первую мировую войну А. Вегенер воевал пехотным капитаном. Он был серьёзно ранен, но в госпитале думал не о лечении, а о дрейфе континентов, превратив больничную палату в библиотеку. Бесчисленные книги по географии, геологии, палеонтологии были лекарством, быстро поставившим его на ноги. Результатом заточения в госпитале стала книга “Происхождение материков и океанов”, вышедшая в 1915 г.


Альфред Вегенер


Разобравшись с геологией, Вегенер “ударился” в биологию. Он провёл в зоологических музеях весь остаток отпуска по ранению после госпиталя. Кабинет Вегенера заполнили рисунки доисторических животных. Обратно на фронт он отправляется, вооружившись “до зубов” книгами по ботанике, зоологии, палеонтологии. Мысли его были заняты разделом земель, по не между Германией и её противниками, а между гигантскими земляными червями мегасколидами, обитающими в Индии и Австралии, разделённых океаном; между сумчатыми животными Южной Америки и Австралии, которые почему-то отсутствовали в Африке, где условия жизни для них тоже подходили. Эти примеры наталкивали на мысли о дрейфе континентов… Вместо карт театра военных действий капитан Вегенер увлечённо рисовал палочкой на обожжённой порохом земле положение континентов на разных стадиях их дрейфа. В 1918 г. он вернулся к мирной жизни, т. е. к обоснованию своей гипотезы в тишине, без военной канонады.

Опыт показывает, что мыслители биогеографического склада, как правило, отличаются многогранностью интересов. Видимо, сама наука к тому обязывает. Вот и Вегенер, после зоологии увлёкся палеоботаникой, палеогеографией, палеоклиматологией, метеорологией, метеоритами. Всё это ради обоснования одной идеи: о движении материков. Он собрал множество геофизических, геологических, климатических, палеогеографических, ботанических, зоологических и прочих свидетельств в пользу своей гипотезы. Ему не хватало одного – прямых доказательств, свидетельствующих о движении материков. И Вегенер становится геодезистом, неоднократно посещает Гренландию, чтобы измерять положение долгот во времени, и устанавливает, что гигантская тектоническая глыба, утяжелённая ещё и мощнейшим ледником трёхкилометровой толщины, удаляется от Европы в сторону Северной Америки на несколько сантиметров в год. В центре Гренландского ледяного щита Вегенер основывает постоянно действующую станцию. Оттуда он и ушёл в свой последний поход. Ушёл, чтобы уменьшить количество едоков на станции, где не хватало продуктов на весь срок, необходимый для задуманных исследований. Он погиб по дороге не от холода (при нём был заправленный примус), не от голода (ещё были продукты), а потому что у него остановилось сердце, не выдержавшее адских нагрузок. Альфред Вегенер, попросту, “загнал” себя ради науки, в храме которой он был не служащим, а служителем культа.

Через 20 лет после его гибели научный уровень А. Вегенера был достигнут многими геофизиками. Приборов в их распоряжении стало больше, а их качество несравненно выше. Его чтили, цитировали, называли основоположником. Однако со временем появлялось всё больше фактов, которые не укладывались в схему вегенеровской гипотезы. Становилось ясно, что так называемые центробежные силы Этвеша, объявленные Вегенером причиной движения континентов, слишком слабы, чтобы перемещать тела огромной массы. Впрочем, конвекционные течения мантии, которые сегодня признаются движителем континентов, были известны Вегенеру. Однако, он, будучи человеком щепетильным, не считал возможным оперировать аргументами, доказанными в то время слабо. Гипотезу Вегенера объявили спекулятивной, а его пытались забыть.

Однако сила гениального открытия всегда берет своё. В 60-х годах XX столетия под напором новых независимых данных о палеомагнетизме, строении океанического дна, прямых наблюдений его движения, гипотеза Вегенера обрела второе рождение.

5.2. Современная теория литосферных плит

Сегодня считается, что наша планета представляет собой толстостенный шар с внутренней полостью, заполненной жидким вязким веществом – мантией, в которой плавает небольшое твёрдое ядро. Мантия является трёхслойной. Её верхний слой – твёрдая литосфера – представляет собой застывшую магму. Ниже находится более мощный жидкий вязкий слой тугоплавких магниевых силикатов – астеносфера. Под ней располагается третий слой мантии, где вещество находится в особенно плотном кристаллическом состоянии (Монин, 1980).

Вещество мантии находится в постоянном медленном движении. Из-за контакта с поверхностью ядра мантия постоянно меняет объём в результате выплавки лёгких веществ в земную кору. Под действием центробежных сил развиваются медленные конвективные движения астеносферы со скоростью несколько сантиметров в год. Там, где потоки имеют восходящее направление, астеносфера подходит очень близко к поверхности земной коры или даже изливается наружу, прорывая литосферу. Это самые активные зоны земной коры. Они отмечены на поверхности очагами частых и мощных землетрясений, извержений вулканов. Активные области разделяют верхний слой мантии на несколько крупных ячей, а литосферу на соответствующее количество огромных стабильных плит (рис. 20). Чаще всего их выделяют восемь. Самая большая – Евразийская проявляется на поверхности материком Евразия (без полуостровов Индостан и Аравия). Вторая по величине, Африканская плита включает материк Африку, Аравийский полуостров и крупный остров Мадагаскар. Общая литосферная плита, находящаяся под материком Австралия и полуостровом Индостан, называется Индо-Австралийской. Её прогнутая середина затоплена сегодня водами Индийского океана. Северо-Американская плита включает материк Северная Америка, огромный остров Гренландия, все острова Канадского архипелага. Южно-Американская плита отметилась на поверхности материком с одноименным названием. Самостоятельна Антарктическая литосферная плита с соответствующим материком. Две плиты: Тихоокеанская и Наска погружены в воды океана, кроме небольших океанических островов (рис. 20).


Рис. 20. Литосферные плиты (по: Монин, 1980):

1 – Евроазиатская (1а – Китайская); 2 – Африканская; 3 – Индоавстралийская; 4 – Тихоокеанская; 5 – Американская (5а – Североамериканская, 56 – Южноамериканская); 6 – Антарктическая.


Пространство между литосферными плитами постепенно заполняется веществом мантии, которое, охлаждаясь сверху и кристаллизуясь, наращивает раздвигающиеся плиты с боков. Вечные движения мантии увлекают литосферные плиты, вместе с “впаянными” в них материками, в постоянное движение по поверхности Земного шара от областей подъёма вещества астеносферы к областям её опускания вглубь мантии. Все эти перемещения происходят в рамках ограниченной площади, поэтому литосферные плиты, расходясь в одном месте, рано или поздно сталкиваются в другом. В связи с этим, экография земной поверхности включает кроме литосферных плит ещё и полосы их стыковки. По характеру стыковки различают полосы трёх типов: растяжения, наползания и сжатия.

Полосы растяжения. Подводными аппаратами обнаружены прямые визуальные свидетельства растяжения океанского дна в виде параллельных трещин шириной от дециметров до десятков и сотен метров (рис. 21). На дне трещин астеносфера непосредственно выходит на поверхность дна, образуя систему горных цепей с чередованием островерхих поднятий и глубоких провалов (рифтовых долин с крутыми стенами). Хребты возвышаются над основной поверхностью океанского дна на 3–4 км.


Рис. 21. Полоса растяжения в области Срединно-Атлантического подводного хребта. По: Клечек, Якеш, 1986.


В Атлантическом и Индийском океанах полосы растяжения проходят посредине океанов. В Тихом океане, особенно в его северной части, полоса растяжения сильно смещена в сторону Американского континента. Тем не менее, все эти образования получили название срединно-океанических хребтов. Они образуют непрерывную глобальную цепь длиной около 60 тыс. км и занимают около трети площади океанов (рис. 21). Эти территории являются очень сейсмичными. Там развит как подводный, так и надводный вулканизм. Сложены срединно-океанические хребты очень твёрдыми породами, поэтому прочны и долговечны. Они нарушают непрерывность горизонтальной циркуляции океанических вод и миграций организмов.

Полосы наползания образуются в том случае, когда две плиты, двигающиеся навстречу друг другу, имеют разную массу. Обычно такое происходит при столкновении лёгких океанических плит и сухопутных плит, сложенных более тяжёлыми породами. В ходе столкновения лёгкая океаническая плита заглубляется в мантию, а тяжёлая материковая наползает на неё. Полоса их стыковки имеет два склона: континентальный, где толщины двух плит складываются, и океанский, менее толстый. Поэтому один склон всегда намного выше другого, а между склонами образуется глубокая расщелина. В пространстве полосы наползания проявляются длинными глубоководными желобами, тянущимися на сотни и даже тысячи километров. Со стороны континентальных плит желоба оторочены такими же узкими и вытянутыми цепочками вулканических островов. Примером могут служить известные впадины на границе Тихоокеанской и Евразийской, Тихоокеанской и Австралийской плит: Алеутская, Курило-Камчатская, Марианская, Гилберта, Тонга, Кермадек, Эллиса, Японская, Филиппинская, Австралийская, а также другие вместе с цепочками одноименных островов.

Конец ознакомительного фрагмента.

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Основы биогеографии (В. Г. Мордкович, 2005) предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я