Растения потребляют воду преимущественно в жидком состоянии. В вегетационный период вода из атмосферы поступает в растения в основном в жидкой фазе – в виде дождя. Однако в умеренной и холодных зонах огромное влияние на растения оказывает также вода в твердой фазе – это снег, лед, ожеледь (накопление льда на органах растений или на поверхности почвы при внезапных потеплениях после дождя), изморозь (рыхлый лед на ветвях деревьев и листьях трав во время туманов), иней, град. При охлаждении воздуха относительная влажность его увеличивается, и когда достигает 100% (так называемая «точка росы»), начинается конденсация паров в виде капель. Роса и туман не оказывают большого влияния на увлажнение сухого аридного климата, но значительно повышают влажность гумидного (влажного) климата и смягчают отрицательное воздействие коротких сухих периодов.
Пределы распространения растений, определяемые недостаточностью осадков, в противоположность термическим границам не являются абсолютными. Отсутствие дождей может быть компенсировано наличием рек или грунтовых вод (оазисы). Кроме того, даже в крайне засушливых областях могут выпасть случайные осадки, хотя бы и с десятилетним перерывом.
Тем не менее пустыни, почти лишенные растительности, занимают значительную часть земной поверхности, располагаясь, как правило, в пределах субтропических и тропических пассатных поясов (Сахара, Аравийская пустыня и пространственно ограниченные совместным воздействием рельефа и морских течений засушливые области Австралии, Южной Африки, северного Перу, Нижней Калифорнии). Внутриматериковые пустыни характерны для внутренних и сухих территорий Азии (Тарим, Гоби) и Северной Америки (Большой Бассейн, пустыни в штатах Сонора и Аризона).В пределах тропических поясов распространение растительности определяется не температурными различиями (годичная изотермия на экваторе и увеличение сезонных контрастов с географической широтой), а условиями увлажнения, причем скорее имеет значение сезонное распределение осадков и испарения, нежели общее количество осадков.
С этой точки зрения в тропиках можно выделить постоянно влажный, засушливо-влажный, влажно-засушливый и постоянно засушливый климаты. Периодическую увлажненность создают прежде всего экваториальные дожди в период равноденствия (тропические летние дожди) или субтропические зимние дожди, как пишут многочисленные веб-сайты. Кстати, и Вы можете легко создать свой сайт при наличии некоторых навыков. Например, ознакомьтесь с интересной статьей: как легко настроить быстрый кеш для Wordpress., но вернемся к нашей теме.
Удобной характеристикой сезонных различий влажности оказалось число влажных или же сухих месяцев, после того как Вайбель (Waibel, 1921) на примере периодически сухих областей Африки показал возможность применения этой величины для установления границ тропических поясов растительности. Для определения степени засушливости местности в условиях тропиков целесообразно использовать индекс аридности Мартонна в форме, предложенной Лауэром (Lauer, 1952).
Месяц считается сухим, если значение индекса меньше 20 (n - среднее количество осадков в месяц, t - средняя месячная температура).Во внетропических широтах в периодически сухом климате представляет интерес взаимный ход осадков и температуры, например летняя сухость в климатах с холодными зимами совсем не допускает роста деревьев (континентальная граница леса).Вид осадков, то есть дождь, снег, туман, роса или иней, и их апериодичность также существенны для растительности, особенно в областях с небольшим количеством осадков. Значение росы, как и ее распространение, еще не полностью изучено. Во всяком случае, в сухих областях утренняя роса увеличивает относительную влажность воздуха, в результате некоторые растения открывают свои устьица, которые в противном случае оставались бы закрытыми; таким образом, роса способствует увеличению периода ассимиляции.
Большое значение для растений имеет распределение осадков в течение вегетационного периода. В районах с засушливым летом и влажной весной развились растения, успевающие завершить свой цикл развития до наступления засушливого периода. В засушливое время года они прячутся под землей в виде луковиц или корневищ (эфемероиды) или сохраняются в виде семян (эфемеры).
Для получения хорошего урожая для хлебных злаков имеют большое значение майские и июньские дожди.
Условия водоснабжения оказывают влияние на внешний облик и внутреннее строение растений. По внешнему виду нетрудно определить, в каких условиях увлажнения росло растение.
По отношению к влаге различают три основные экологические группы растений: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.
Гигрофиты – растения обильно увлажненных мест обитания с высокой влажностью атмосферы. У этих растений кутикула тонкая, сильно развиты внутренние полости в листьях и стеблях, листовые пластинки тонкие, на листьях имеются особые железки – гидатоды (водяные устьица), через которые выделяется вода. Это растения: недотрога, болотный подмаренник, цирцея.
Мезофиты – растения местообитаний со средним увлажнением. Это большинство луговых и лесных растений.
Ксерофиты - растения местообитаний с недостаточным увлажнением. Эти растения имеют разнообразные приспособления, повышающие их засухоустойчивость. Они способны резко сокращать транспирацию в сухой период, имеют приспособления, усиливающие добывание воды при ее недостатке в почве, а также приспособления, позволяющие создавать запасы воды на время длительного перерыва в водоснабжении. Сокращение транспирации достигается разными способами: сокращением поверхности листьев, развитием слоя кутикулы или воскового налета, густым опушением листьев, углублением устьиц в мезофилл, плотным соединением клеток паренхимной ткани листа. С добыванием воды из почвы связано мощное развитие корневой системы вглубь (у верблюжьей колючки корень достигает 18-20 м глубины) и горизонтально поверхности. Запас воды содержится в водозапасающей ткани листа (у алоэ, очитков, агав) или стебля (у кактусов). По разным способам приспособления растений к недостатку влаги различают склерофиты и суккуленты. У склерофитов жесткие листья и стебли, часто все растение сильно опушено или покрыто толстым слоем кутикулы. Суккуленты - сочные мясистые растения.
Растения потребляют воду преимущественно в жидком состоянии. В вегетационный период вода из атмосферы поступает в растения в основном в жидкой фазе – в виде дождя. Однако в умеренной и холодных зонах огромное влияние на растения оказывает также вода в твердой фазе – это снег, лед, ожеледь (накопление льда на органах растений или на поверхности почвы при внезапных потеплениях после дождя), изморозь (рыхлый лед на ветвях деревьев и листьях трав во время туманов), иней, град. При охлаждении воздуха относительная влажность его увеличивается, и когда достигает 100% (так называемая «точка росы»), начинается конденсация паров в виде капель. Роса и туман не оказывают большого влияния на увлажнение сухого аридного климата, но значительно повышают влажность гумидного (влажного) климата и смягчают отрицательное воздействие коротких сухих периодов.Пределы распространения растений, определяемые недостаточностью осадков, в противоположность термическим границам не являются абсолютными. Отсутствие дождей может быть компенсировано наличием рек или грунтовых вод (оазисы). Кроме того, даже в крайне засушливых областях могут выпасть случайные осадки, хотя бы и с десятилетним перерывом.Тем не менее пустыни, почти лишенные растительности, занимают значительную часть земной поверхности, располагаясь, как правило, в пределах субтропических и тропических пассатных поясов (Сахара, Аравийская пустыня и пространственно ограниченные совместным воздействием рельефа и морских течений засушливые области Австралии, Южной Африки, северного Перу, Нижней Калифорнии). Внутриматериковые пустыни характерны для внутренних и сухих территорий Азии (Тарим, Гоби) и Северной Америки (Большой Бассейн, пустыни в штатах Сонора и Аризона).В пределах тропических поясов распространение растительности определяется не температурными различиями (годичная изотермия на экваторе и увеличение сезонных контрастов с географической широтой), а условиями увлажнения, причем скорее имеет значение сезонное распределение осадков и испарения, нежели общее количество осадков.С этой точки зрения в тропиках можно выделить постоянно влажный, засушливо-влажный, влажно-засушливый и постоянно засушливый климаты. Периодическую увлажненность создают прежде всего экваториальные дожди в период равноденствия (тропические летние дожди) или субтропические зимние дожди, как пишут многочисленные веб-сайты. Кстати, и Вы можете легко создать свой сайт при наличии некоторых навыков. Например, ознакомьтесь с интересной статьей: как легко настроить быстрый кеш для Wordpress., но вернемся к нашей теме.Удобной характеристикой сезонных различий влажности оказалось число влажных или же сухих месяцев, после того как Вайбель (Waibel, 1921) на примере периодически сухих областей Африки показал возможность применения этой величины для установления границ тропических поясов растительности. Для определения степени засушливости местности в условиях тропиков целесообразно использовать индекс аридности
Ранее было раздельно рассмотрено влияние атмосферных осадков и температуры на интенсивность и направление почвообразовательных процессов. Ho в действительности увлажнение, тепловой режим, сток и испарение действуют совместно. Поэтому при изучении и при оценке роли климата как фактора почвообразования необходимо одновременно учитывать роль атмосферных осадков, тепла и расхода влаги на испарение.
В. В. Докучаев одним из первых оценил совместное значение соотношения атмосферных осадков и тепла в почвообразовании. Г.Н. Высоцкий в 1910 г. развил это положение Докучаева и выступил с предложением оценивать почвообразующее значение климата по соотношению атмосферных осадков и испаряемости. Позже оценкой совместного влияния атмосферных осадков, температуры и потенциальной испаряющей способности на почвообразование занимались Б.Б. Полынов, Р. Лянг, Г. Пенни и др.
Весьма удобным в приложении к почвоведению и земледелию является коэффициент увлажнения (К). Этот коэффициент представляет собой отношение количества атмосферных осадков к величине испаряемости и вычисляется, по предложению Н.Н. Иванова, помесячно и за год. Оптимальные величины коэффициента К близки к единице. В переувлажненных областях К больше единицы, в засушливых - значительно меньше.
Можно различать по уровню коэффициента увлажнения К следующие фации:
В последние годы В. Р. Волобуев разработал концепцию гидротерморядов и установил общепланетарную связь между атмосферными осадками, среднегодовыми температурами, радиационным балансом, испаряемостью и особенностями почвенного покрова. Эти соотношения хорошо иллюстрируются графиком (рис. 25), заимствованным у Волобуева.
Главные группы почв соответствуют определенным соотношениям между осадками и температурой. При этом различаются две основные категории почв.
1. Почвы, в которых биологические процессы более или менее подавлены. Это сероземы, почвы пустынь, а также почвы тундры; все они образуются в областях низкого увлажнения (меньше 500 мм в год), но расположены в самых различных термических поясах.
2. Почвы, тяготеющие к теплым и тропическим поясам земного шара, бурые лесные почвы, желтоземы, красноземы и латериты. Эти почвы имеют сравнительно резко ограниченные термические условия и весьма широкий диапазон колебаний в количестве атмосферных осадков (от тысячи до нескольких тысяч миллиметров в год). Формирование почв субтропических и тропического поясов земного шара обязано в огромной мере высокой температуре, которая при достаточном увлажнении способствовала глубокой степени выветривания первичных минералов почвы.
Совместное влияние гидротермических условий хорошо прослеживается на растительности, на биологической продуктивности и на гумусообразовании. Оптимальные условия для фотосинтеза и продуктивности фитобиомассы создаются при определенных отношениях атмосферных осадков, температуры и потенциальной испаряемости.
Разложение и гумификация органического вещества также являются функцией совместного, влияния увлажнения и температуры. Об этом можно судить по данным опытов П.С. Костычева, обработанным В.Р. Волобуевым. Наиболее полное разложение органического вещества, до 90% от исходной массы, создается при влажности порядка 60-65% и температуре 45-50°. Если влажность и температура выходят за эти пределы, то процесс минерализации органического вещества задерживается. Происходит накопление органического вещества в виде торфа, гумуса и т. д.
Из данных гидрометеорологии и физики почв известно, что величины температуры и влажности верхних горизонтов почв всегда меньше указанных пределов. Поэтому в почвах создаются обычно условия для неполной минерализации органического вещества, что и ведет к накоплению гумуса. О зависимости содержания гумуса в почвах от гидротермических условий можно судить по рис. 26, где приведены данные И.В. Тюрина и его сотрудников для условий России. Максимальное содержание гумуса, порядка 80 кг/м3, обнаруживается лишь в определенных группах черноземов, там, где коэффициент увлажнения приближается к единице. При других соотношениях увлажнения и температуры содержание гумуса в почвах резко уменьшается.
В тех случаях, когда происходит параллельное возрастание среднегодовых температур и количества атмосферных осадков, при однородных горных породах, рельефе и сходном возрасте создаются условия для относительно более глубокого и интенсивного выветривания почвообразующих пород, для формирования глинистой фракции (рис. 27), для выщелачивания и развития кислотности (рис. 28).
Суммарный эффект совместного влияния осадков и температуры на почвообразование очень сложен. Многое зависит от сочетания гидротермических условий и почвенно-геохимической обстановки местности и особенно от соотношения приходных и расходных статей в балансе веществ, вовлеченных в почвообразовательный процесс. На плато в условиях умеренно влажного или умеренно теплого климата будут формироваться почвы глубокого профиля, большой выветренности и выщелоченности, значительной глинистости, с развитым гумусовым горизонтом и высокой поглотительной способностью. При тех же температурах и влажности, но в условиях аккумулятивного рельефа, с плохим естественным дренажем и затрудненным оттоком, почвообразовательный процесс будет иметь совершенно другой характер. Здесь будут развиваться процессы заболачивания и оглеения, торфообразования, накопления вторичных минералов, окислов железа, марганца и т. д.
Именно такой значительной разницей в почвообразовательном эффекте осадков и температуры в зависимости от рельефа и геохимического баланса местности объясняется тот факт, что во влажных тропиках и субтропиках красноцветные аллитные почвы существуют лишь на повышенных плато, а на низменных равнинах и в депрессиях образуются слитые черные или торфяно-болотные почвы и железистые латериты. He менее сильная разница в почвообразовании будет при условиях сухого климата на платообразных равнинах и в обширных депрессиях. В этом случае в депрессиях будут формироваться монтмориллонитовые и иллитовые глины, гумусные, карбонатные, луговые, щелочные или сильнозасоленные почвы, иногда соляные или известково-гипсовые коры. В таком же сухом климате, при тех же величинах осадков и температуры, но на плато будут образовываться малогумусные, незасоленные или остаточно засоленные почвы не очень большой мощности.
Простое сведение почвообразовательного процесса только к его зависимости от тех или иных соотношений температуры и атмосферных осадков в современном климате, конечно, будет недостаточным и может привести исследователя к ошибочным заключениям.
Одной из важнейших особенностей гидротермических условий является их сезонный и суточный ритм и режим. Существует ритм световой и температурный в течение дня; в средних и высоких широтах отчетливо различаются времена года и смены теплых сезонов холодными, дождливых засушливыми. В климате земного шара и отдельных территорий отчетливо выявляются 11-летние, 25-летние и 100-летние периодические колебания притока тепла и количества атмосферных осадков. Все эти пульсирующие ритмические явления суточных, сезонных и многолетних колебаний влажности, света и тепла, поступающих на Землю, отражаются в суточных, сезонных, годичных и многолетних циклах динамики почвообразовательного процесса.
Оценивая роль температуры и атмосферных осадков в почвообразовательном процессе, надо всегда стремиться установить главные вариации и основные направления смен водно-термического режима на территории, где изучается почвенный покров. При оценке почвообразующего эффекта климата кроме осадков и температуры огромное значение имеет характер их распределения и особенно продолжительность морозных, теплых, дождливых и бездождных периодов. Эти показатели значительно варьируют на земном шаре. Характер растительности, биомасса, формирование почвенного гумуса, степень выщелоченности или засоленности почв тесно связаны с этим явлением.
В настоящее время делается много попыток искусственно воздействовать на явления погоды, влияющие на жизнь и деятельность человека. Управление погодой даже в ограниченных пределах может иметь огромное экономическое значение для человечества. Самой развитой областью исследований в этом направлении сейчас является искусственное вызывание дождя из облаков.
Уже довольно давно известно, что гигроскопические частицы могут вызывать выпадение осадков из облаков, находящихся в , относительная влажность которых составляет значительно менее 100%. Поэтому если каким-либо образом искусственно ввести в облака такие частицы, то можно вызвать выпадение осадков.
Природные ядра конденсации состоят из поднятых ветром частиц почвы, кристаллов морской соли, частиц сажи и вулканического пепла. Все они ускоряют образование дождевых капель, так как усиливают слияние микроскопических облачных капель или оказывают воздействие на них своей гигроскопичностью.
В 1946 г. исследования в области искусственного вызывания осадков начали В. Шефер и И. Лэнгмюр. Они вводили в переохлажденные облака частицы сухого льда, которые понижали температуру окружающего воздуха до -40°С и при этой температуре вызывали самопроизвольное зарождение ледяных кристаллов из водяного пара, содержащегося в этих облаках. Возникавшие кристаллы быстро вырастали за счет еще оставшегося пара, и вскоре из засеянных облаков начинали выпадать осадки.
Впоследствии было установлено, что такое же действие, как сухой лед, производит йодистое серебро, но оно эффективно и при более высоких температурах, а именно до -6°С. Йодистое серебро, как и сухой лед, вызывает быстрый рост ледяных кристаллов в облаках, приводящий к выпадению осадков, йодистое серебро может вводиться в облака с поверхности земли или с самолета, для чего его сначала сжигают, превращая в дым. Восходящие поднимают этот дым в облака, расположенные над местом сжигания кристаллов йодистого серебра (рис. 3-20). С помощью йодистого серебра были достигнуты некоторые успехи также и в искусственном рассеивании туманов. Наилучшие результаты получались при температуре тумана от -6 До 0°С и при отсутствии адвекции.
Однако искусственное вызывание дождя в крупных масштабах пока не удается. Описанные методы еще недостаточно разработаны, и в этой области необходимы дальнейшие исследования. В случае усовершенствования они действительно смогут приобрести важное значение, так как в облаках содержатся колоссальные запасы воды. Например, в 1,6 куб км облака может находиться до 4000 тонн воды.
Искусственное вызывание дождя пока еще не получило значительного развития по ряду причин. Одна из них состоит в том, что сам этот процесс недостаточно изучен. Кроме того, результаты крупномасштабных воздействий на атмосферные процессы пока остаются несколько неопределенными. Много сомнений вызывает вопрос о том, какое влияние искусственный дождь в одном районе может оказать на соседние районы. Что произойдет с запасами воды в некотором районе, если движущиеся к нему облака заранее искусственно обезводить? Какими законодательными и моральными требованиями должны быть ограничены мероприятия по искусственному вызыванию дождя? Эти и большое число других вопросов заставляют многих исследователей основательно пересмотреть свои взгляды на возможные последствия искусственного управления погодой даже и в ограниченных масштабах.
Для рассеивания облаков, а также вызывания осадков из непереохлажденных (теплых) облаков применяется другая методика. Пролетая через кучевые облака, самолет может рассеять их путем разбрызгивания капель воды. В тропических облаках такие капли, сливаясь с каплями самого облака, вырастают до размеров, достаточных для выпадения дождя.
Большой проблемой стали непреднамеренные изменения погоды в результате человеческой деятельности, особенно в промышленных районах. К таким изменениям приводят, в частности, промышленные дымы и другие продукты сжигания топлива в крупных городах. Обширные исследования в Чикаго и его окрестностях указали на довольно неожиданные последствия индустриализации этого района. Повторяемость над Чикаго оказалась на 15% выше, чем в окрестностях. Предполагается, что скопление продуктов сжигания топлива увеличивает количество ядер конденсации в воздухе над Чикаго. Увеличение же количества ядер считается непосредственной причиной увеличения количества осадков. Было, однако, показано, что последнее имеет и еще одно положительное значение. Дело в том, что осадки вымывают часть ядер из атмосферы. Поэтому, например, грозовая деятельность очищающе действует на атмосферу. Не только ядра конденсации, но и другие цримеси вымываются из атмосферы осадками. Конечно, этим проблема борьбы с загрязнением атмосферы не решается и никто не станет утверждать, что очистку воздушного бассейна можно просто предоставить дождям. Но увеличив количество осадков, можно помочь постепенному очищению воздуха.
Для того чтобы достаточно точно оценить, как влияет изменение переменных характеристик атмосферы на климат, необходимы данные наблюдений на широко разветвленной всемирной сети станций. В настоящее время мы имеем обширную информацию о метеорологических явлениях лишь на территории Европы, Азии и Северной Америки, да и эта информация тоже недостаточна. Однако по остальным районам она еще беднее: остаются остро необходимыми данные примерно для 3/4 поверхности нашей планеты.
Атмосферные осадки принадлежат к числу метеорологических элементов, сильно зависящих от целого ряда местных особенностей ландшафта.
Попытаемся, однако, проследить, какие условия влияют на их распределение.
В первую очередь необходимо отметить значение температуры воздуха. Температура убывает от экватора к полюсам; следовательно, в том же направлении убывают как интенсивность испарения, так и влагоёмкость воздуха. В холодных областях испарение невелико, да и холодный воздух не в состоянии растворить в себе много водяного пара; следовательно, при конденсации из него и не может выделиться большое количество осадков. В тёплых областях сильное испарение и большая влагоёмкость воздуха приводят при конденсации водяного пара к обильному выделению осадков. Таким образом, на Земле неизбежно должна проявляться закономерность, заключающаяся в том, что в тёплых областях осадков особенно много, в холодных же их мало. Закономерность эта в действительности и проявляется, но, как и прочие явления в природе, она осложнена, а местами и вовсе затушёвана целым рядом других воздействий и прежде всего циркуляцией атмосферы, характером распределения суши и моря, рельефом, высотой над уровнем океана и морскими течениями.
Зная условия, необходимые для конденсации водяного пара, можно предугадать, каким образом сказывается циркуляция атмосферы на распределении осадков. Так как воздух является переносчиком влаги, а его движение охватывает огромные пространства на Земле, то это неизбежно ведёт к сглаживанию различий в количестве осадков, обусловливаемых распределением температурив областях, где воздух испытывает поднятия (над экватором, в циклонах, на наветренных склонах горных хребтов), создаётся обстановка, благоприятная для выпадения осадков, и все остальные факторы становятся подчинёнными. В тех же местах, где преобладают нисходящие движения воздуха (в субтропических максимумах, в антициклонах вообще, в области пассатов, на подветренных склонах гор и т. п.), осадков бывает гораздо меньше.
Принято считать, что количество осадков в данной местности в высокой степени зависит от её близости к морю или удалённости от моря. На самом же деле известно немало примеров, когда на океанических побережьях располагаются очень сухие районы Земли и, наоборот, вдали от моря, внутри страны (как, например, на восточном склоне Анд в верховьях Амазонки), выпадает огромное количество осадков. Дело здесь не столько в удалении от моря, сколько в характере циркуляции атмосферы и устройстве поверхности, т. е. в отсутствии или наличии горных хребтов, мешающих передвижению воздушных масс, несущих влагу. При юго-западном муссоне в Индии воздушные массы проходят над пустыней Тар, не орошая её дождями, так как равнинный рельеф не препятствует движению воздуха, а нагретая пустыня оказывает на воздушные массы скорее иссушающее влияние. Но тот же муссон на наветренном склоне Западных Гат, не говоря уже о южных склонах Гималаев, оставляет огромное количество влаги.
Необходимость выделения в особый тип орографических осадков свидетельствует об исключительно большой роли устройства земной поверхности в распределении осадков. Правда, в этом случае, как и во всех остальных, рельеф имеет значение не только сам по себе, как механическое препятствие, но в сочетании с абсолютной высотой и циркуляцией атмосферы.
Проникновение тёплых морских течений в высокие широты способствует образованию атмосферных осадков вследствие того, что с тёплыми течениями связана циклоническая циркуляция атмосферы. Холодные же течения оказывают противоположное действие, так как над ними развиваются обычно отроги высокого давления.
Разумеется, ни один из перечисленных факторов не влияет на распределение осадков независимо от других. В каждом случае выпадение атмосферной влаги регулируется сложным и подчас противоречивым взаимодействием как общих, так и местных агентов. Однако, если отвлечься от деталей, к числу главных условий, определяющих размещение осадков в ландшафтной оболочке, всё же необходимо отнести температуру, общую циркуляцию атмосферы и рельеф.
Loading...