Сельскохозяйственные ландшафты (агроландшафты)

Понятие ландшафта

Все природные компоненты находятся в тесной взаимосвязи, образуя путем взаимодействия ландшафтные (природно-территориальные) комплексы разной категории и масштаба.

В переводе с немецкого языка «ландшафт» означает «местность». По Ф. Н. Милькову: «Физико-географический ландшафт есть совокупность взаимообусловленных и взаимосвязанных сложных физико-географических процессов элементов природы, предстающих перед нами в образе тех или иных исторически сложившихся, находящихся в непрерывном развитии и воздействии человеческого общества, пространственных группировок» (Мильков, 1993). По Л. С. Бергу «Природный ландшафт есть область, в которой характер рельефа, климата, растительного и почвенного покрова сливается в единое гармоническое целое, типически повторяющееся на протяжении известной зоны земли». Также ландшафт рассматривается как территориально ограниченный участок земной поверхности, характеризующийся генетическим единством и тесной взаимосвязью слагающих его компонентов.

Ландшафт – одно из фундаментальных понятий современной географии, в основе которого лежит идея о взаимосвязи и взаимообусловленности всех природных явлений земной поверхности. Формы рельефа, горные породы, климаты, поверхностные и подземные воды, почвы и сообщества организмов взаимосвязаны как в своих пространственных изменениях, так и в историческом развитии. Они образуют не случайные сочетания, а закономерные природные территориальные комплексы, иначе – географические комплексы, или геосистемы (Исаченко, 1996). Первый, самый нижний уровень образуют геосистемы, формирование которых связано с местными факторами, имеющими небольшой радиус действия, например с отдельными элементами рельефа. К нему, прежде всего, относится фация – элементарная, неделимая географическая единица, т. е. однородная геосистема. Для фации характерны расположение в пределах одного элемента рельефа. Фации группируются в более сложные территориальные системы разных локальных уровней (урочища, местности), которые при дальнейшей последовательной интеграции достигают принципиально нового уровня – регионального. Региональные системы – ландшафты, ландшафтные провинции, области, зоны, секторы и др. – формируются в результате влияния факторов с более широким радиусом действия: неравномерного (по широте) распределения на земной поверхности солнечной радиации и тектонических движений, создающих многообразные структуры земной коры и формы макрорельефа (материковые выступы и океанические впадины, горы и равнины, возвышенности и низменности и т. д.).

Следовательно, ландшафт – это территориальная интеграция локальных геосистем, создающих его характерный внутренний узор, или морфологию.

Целостность ландшафта обусловлена потоками вещества и энергии, которые объединяют и компоненты ландшафта, и его морфологические части (фации, урочища и др.) в единую систему. Всю совокупность процессов обмена и преобразования энергии и вещества в ландшафте называют функционированием ландшафта.

С позиций системного анализа ландшафт, или природно-территориальный комплекс, представляет саморегулируемую незамкнутую систему взаимосвязанных компонентов и комплексов более низкого ранга, функционирующую под воздействием одного или нескольких компонентов, выступающих в роли ведущего фактора (Мильков и др. 1971).

В типологической классификации различают природные и антропогенные ландшафты. При этом, природный ландшафт формируется под влиянием только природных факторов и не испытывает влияния человеческой деятельности, а антропогенный - это ландшафт, измененный в результате хозяйственной деятельности человека.

В настоящее время выделяется две основные категории природных комплексов – типологические и региональные.

Типологические комплексы, обладая морфологическим (внешним) единством, в отличие от региональных единиц, характеризуются не сплошным, а разорванным ареалом. Типологические комплексы выделяются и классифицируются не по принципу пространственной смежности, как региональные комплексы, а по принципу однотипности, аналогии, что и определяет разорванность их ареала. Морфологические взаимосвязи, а именно они составляют организующее начало всех типологических единиц, стоят в центре внимания при изучении этих комплексов.

Тип местности – это закономерное сочетание урочищ, обусловленное особенностями топографического положения, морфологическим единством, однородностью хозяйственного использования.

Тип урочищ – взаимосвязанный комплекс фаций, обособленный в природе в связи с неровностями рельефа, неоднородным составом почв или хозяйственной деятельностью человека.

Ландшафт непрерывно изменяется. Самый типичный и хорошо известный пример – это сезонные ритмы. До тех пор пока подобные изменения повторяются из года в год, структура ландшафта остается неизменной. Такие динамические изменения, или динамика ландшафта, подчеркивают устойчивость ландшафта, т. к. свидетельствуют о его способности возвращаться к прежнему состоянию. От динамики следует отличать эволюционные, направленные, необратимые изменения, которые составляют сущность развития ландшафта и выражаются в перестройке его структуры. Устойчивость структуры ландшафта относительна. Ландшафт развивается непрерывно, но с разной скоростью, и нужен более или менее длительный срок, чтобы его трансформация стала заметной. Развитие ландшафта может стимулироваться как внешними причинами (тектоническими движениями, глобальными климатическими изменениями), так и внутренними (саморазвитием, в механизме которого особую роль играет эволюция растительного покрова и его взаимодействие с абиотическими компонентами) (Исаченко, 1989).

Природный ландшафт (по Н.А. Солнцеву) – это генетически однородный ПТК имеющий одинаковый геологический фундамент, 1 тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственных только данному комплексу набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся урочищ.

Говоря о генетической однородности Л. ее следует понимать сугубо относительно, при сравнении Л. с вышестоящими, более сложно организованными и еще более гетерогенными природными геосистемами.

В другом ракурсе видится ландшафт А.Г. Исаченко. Он считает необходимым определить его как «генетически единую геосистему, одинаковую по зональным и азональным признакам и заключающую в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем». В отличие от Солнцева Исаченко акцентирует внимание на зональной и азональной однородности ландшафта. На этом основании он приходит к заключению о том, что ландшафт следует считать узловой единицей во всей иерархии природных геосистем. В обоих определениях ландшафта лишь косвенным образом затрагиваются вопросы его геосистемной размерности. На первое место этот признак ставит В. Б. Сочава. «ландшафт – наиболее крупная таксономическая единица типологической размерности и наименьшее подразделение региональной размерности». Т.е. ландшафт., по его мнению, находится на стыке локальных и региональных геосистем.

Главным из всего вышесказанного является то, что природный ландшафт – геосистема региональной размерности, состоящая из взаимосвязанных генетически и функционально локальных геосистем, сформировавшаяся на единой морфоструктуре в условиях местного климата.

Ландшафт – эволюционирующая геосистема со свойственным ей полигенезом морфологической структуры, обладающая исторической памятью. Ландшафт – динамическая геосистема представляет собой закономерную череду переменных состояний в рамках разновременных природных ритмов.

С геоэкологичсекой точки зрения ландшафт – средообразующая и ресурсопроизводящая геосистема, обладающая определенными экологическим взаимосвязями.

ЛАНДШАФТ ГЕОХИМИЧЕСКИЙ

термин, введенный Б. Б. Полыновым (1956), для обозначения участка земной поверхности, выделяемого на основе единства состава и количества химических элементов и соединений. Каждому геохимическому ландшафту присущ определенный тип миграции элементов и соединений, обмена веществ и энергии между автономными и подчиненными ландшафтами.

Геохимия ландшафта

Геохимия ландшафта, научное направление, возникшее на границе географии и геохимии в 40-х годах 20 в. Изучает миграцию химических элементов в ландшафте, используя с этой целью идеи и методы геохимии, особенно биогеохимии. Первые подходы к изучению Г. л. были сделаны в трудах советских учёных В. И. Вернадского о биосфере (в 1926) и А. Е. Ферсмана по геохимии пустынь и полярных областей (в 1931). Основателем Г. л. как самостоятельного научного направления был советский учёный Б. Б. Полынов, который в 1946 сформулировал задачи, основные понятия и разработал методику исследований Г. л.

Г. л. классифицирует миграцию элементов по формам движения материи. Ведущее значение в большинстве ландшафтов имеет биогенная миграция, выражающаяся в биологическом круговороте атомов, образовании и разложении органических веществ. В результате круговорота солнечная энергия превращается в действенную химическую энергию. Физико-химическая миграция в основном развивается в водах ландшафта. Она определяет многие его геохимические особенности. По характерным ионам природных вод различают кислые (Н⁺), кальциевые (Ca²⁺) и прочие ландшафты. Участки земной поверхности, отмеченные определёнными особенностями миграции, именуются геохимическими ландшафтами, все их части — водоразделы, склоны, долины и т. д. — связаны между собой миграцией атомов. Особенности миграции положены в основу геохимической классификации ландшафтов СССР и составления ландшафтно-геохимических карт для территории СССР и отдельных регионов.

Важным принципом Г. л. является историзм. Изучение геохимических особенностей ландшафтов прошлых геологических эпох составляет содержание исторической Г. л. Она применяется при поисках полезных ископаемых, в здравоохранении. Научные и прикладные исследования по Г. л. развиваются в АН СССР, академиях наук союзных республик, университетах, отраслевых исследовательских институтах, геологических управлениях.

Лит.: Полынов Б. Б., Геохимические ландшафты, в кн.: Избр. труды, М., 1956; его же, Учение о ландшафтах, там же; Глазовская М. А., Геохимические основы типологии и методики исследования природных ландшафтов, М., 1964; Добровольский В. В., Атомы в ландшафте, М., 1964; Перельман А. И., Геохимия ландшафта, [2 изд.], М., 1966; его же, Современное состояние геохимии ландшафта и задачи дальнейших исследований, в сборнике: Геохимия ландшафта, М., 1967.

Биогеохимические эндемии

Биогеохимические эндемии

— заболевания растений, животных и человека, связанные с недостаточностью или избыточностью того или иного химического элемента в окружающей среде конкретного региона, в сравнении с его обычным кларком (средним содержанием). Биогеохимические эндемии имеют выраженную территориальную приуроченность, обусловленную неоднородностью химического состава структурных подразделений географической среды. Учение о биогеохимических эндемиях разработано А.П.Виноградовым и В.В. Ковальским как дальнейшее развитие идей В.И. Вернадского. Проблемы возникновения и развития биогеохимических эндемий должны изучаться на основе глубокого и всестороннего исследования химических процессов в живом веществе, т.к. микроэлементы обычно воздействуют на организм через многие активные соединения (прежде всего гормоны, ферменты и витамины). Критические концентрации микроэлементов не равнозначны в различных географических условиях, но они зависят и от “налаженности” биохимических реакций, приспособленности организмов к определенному уровню элементов в окружающей среде. В результате этого в различных биогеохимических условиях в организме формируется определенный ритм обмена веществ со своими особенностями, иногда проявляющимися не столько в виде заболеваний, сколько в понижении иммунных свойств организма человека. Возникновение биогеохимических эндемий существенно зависит от характера питания населения - употребляет население местные или привозные продукты, превалирует в рационах белковая или растительная пища, используются ли в пищу морепродукты и т.д.

Биогеохимические провинции

Биогеохимические провинции, области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в их почвах, водах и т.п.) химических элементов (или соединений), с которыми связаны определённые биологические реакции со стороны местной флоры и фауны. Состав почв влияет на подбор, распределение растений и на их изменчивость под влиянием тех или иных химических соединений или химических элементов, находящихся в почвах. Границы распространения определённой флоры или фауны в пределах одной почвенной зоны нередко совпадают с областью развития известных горных пород или геологических формаций. Хорошо известна специфическая растительность, распространённая на серпентинитах, известняках, в бессточных засоленных областях, на песках и т.п. Резкая недостаточность или избыточность содержания какого-либо химического элемента в среде вызывает в пределах данной Б. п. биогеохимические эндемии -— заболевания растений, животных и человека. Например, при недостаточности иода в пище — простой зоб у животных и людей, при избыточности селена в почвах — появление ядовитой селеновой флоры и многие другие эндемии.

По генезису выделяются 2 типа Б. п.: 1) Б. п., приуроченные к определенным почвенным зонам в виде отдельных пятен или областей и определяемые недостаточностью того или иного химического элемента в среде. Например, для зон подзолистых и дерново-подзолистых почв Северного полушария, простирающихся почти через всю Евразию, характерны Б. п., связанные с недостаточностью иода, кальция, кобальта, меди и др. Подобные Б. п. с характерными для них эндемиями (зоб, акобальтоз, ломкость костей у животных и т.п.) не встречаются в соседней зоне чернозёмов. Причина лежит в большой подвижности ионов I, Ca, Со, Cu и др., легко вымываемых из подзолистых почв. Подобный процесс имеет место и в аналогичных почвах Южного полушария. Этот тип Б. п. носит негативный характер, т.к. возникает в результате недостаточности того или иного химического элемента в среде. 2) Б. п. и эндемии, встречающиеся в любой зоне. В этом смысле они имеют интразональный характер и возникают на фоне первичных или вторичных ореолов рассеяния рудного вещества месторождений, солёных отложений, вулканогенных эманаций и т.п. Например, борные Б. п. и эндемии (среди флоры и фауны) обнаружены в бессточных областях; флюороз человека и животных — в области недавно действующих вулканов, месторождений флюорита и фторапатита; молибденозис животных — в пределах месторождений молибдена и т.п. Этот тип провинций и эндемий имеет преимущественно позитивный характер, поскольку связан с избыточным содержанием химических элементов в среде.

Химические элементы, образующие хорошо растворимые соединения в почвенных условиях, вызывают наиболее сильную биологическую реакцию у местной флоры. Имеет значение и форма нахождения химических элементов в среде. Например, молибден вызывает у животных заболевание только в районах с щелочными почвами (молибденовая кислота даёт растворимые соединения с щелочами); в районах кислых почв избыток молибдена не вызывает заболеваний и т.п. Химические элементы Ti, Zr, Hf, Th, Sn, Pt и многие другие, не образующие в почвенных условиях легкоподвижных растворимых соединений, не вызывают образования Б. п. и эндемий.

В пределах Б. п. различают 2 вида концентрации организмами химических элементов: групповой, когда все виды растений в данной провинции в той или иной степени накапливают определённый химический элемент, и селективный, когда имеются определённые организмы-концентраторы того или иного химического элемента вне зависимости от уровня содержания этого элемента в среде. Известны различные виды растений, которые в Б. п. концентрируют определённые элементы и подвергаются при этом изменчивости. К ним относятся специфическая галмейная флора (концентрирующая Zn), известковая, селеновая, галофитная, серпентинитовая флора и мн. др.

В зависимости от конституционных свойств данного вида организма и особенно при длительном изолированном существовании его в той или иной Б. п. возникает изменчивость организмов — появление физиологических рас (без видимых внешних изменений), морф, вариаций, подвидов и видов. Это сопровождается повышением содержания в организмах соответствующих химических элементов — Cu, Zn, Se, Sr и др. Появляются также химические мутанты с изменением в ядрах клеток числа хромосом и т.п.; изменчивость может приобрести наследственный характер, особенно у микробов.

Многие редкие и рассеянные химические элементы (микроэлементы) играют значительную физиологическую роль, входя в физиологически важные органические соединения у организмов — в дыхательные пигменты, ферменты, витамины, гормоны и другие акцессорные физиологически важные вещества.

Известно более 30 химических элементов (Li, В, Be, С, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S Cl, K, Са, V, Mn, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, I, Ba, Pb, U и др.), с которыми связано образование Б. п., эндемий и появление организмов-концентраторов.

На основе изучения химической экологии Б. п. в практику борьбы с соответствующей эндемией в Б. п. широко вошло использование химических элементов (В, Сu, Mn, Со, I и др.) в качестве удобрения или подкормки животных. На основе изучения содержания химических элементов в почвах и растениях был создан биогеохимический метод поисков полезных ископаемых. В геологическом прошлом Б. п. также играли значительную роль в отборе и изменении флоры и фауны. Реконструкция палеобиогеохимических провинций может многое объяснить в эволюции органического мира.

МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ

МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ. Метеорология – наука об атмосфере Земли. Климатология – раздел метеорологии, изучающий динамику изменения средних характеристик атмосферы за какой-либо период – сезон, несколько лет, несколько десятков лет или за более длительный срок.

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере.^[1]^[2].

Другими разделами метеорологии являются динамическая метеорология (изучение физических механизмов атмосферных процессов), физическая метеорология (разработка радиолокационных и космических методов исследования атмосферных явлений) и синоптическая метеорология (наука о закономерностях изменения погоды). Эти разделы взаимно перекрываются и дополняют друг друга. См. также АТМОСФЕРА; КЛИМАТ.

Значительная часть метеорологов занимается прогнозом погоды. Они работают в правительственных и военных организациях и частных компаниях, обеспечивающих прогнозами авиацию, сельское хозяйство, строительство и флот, а также передают их по радио и телевидению. Другие специалисты проводят наблюдения за уровнем загрязнения, оказывают консультации, преподают или занимаются научно-исследовательской работой. При метеорологических наблюдениях, прогнозе погоды и научных изысканиях все бó льшее значение приобретает электронное оборудование.

ПРИНЦИПЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГОДЫ

Температура, атмосферное давление, плотность и влажность воздуха, скорость и направление ветра – основные показатели состояния атмосферы, а к дополнительным параметрам относятся данные о содержании таких газов, как озон, углекислый газ и т.п.

Характеристикой внутренней энергии физического тела является температура, которая повышается с увеличением внутренней энергии среды (например, воздуха, облаков и т.д.), если баланс энергии положителен. Основными составляющими энергетического баланса являются нагревание при поглощении ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения; остывание за счет излучения инфракрасной радиации; теплообмен с земной поверхностью; приобретение или потеря энергии при конденсации или испарении воды, а также при сжатии или расширении воздуха. Температура может измеряться в градусах по шкалам Фаренгейта (F), Цельсия (С) или Кельвина (К). Минимальная возможная температура, 0° по шкале Кельвина, называется «абсолютным нулем». Разные температурные шкалы связаны между собой соотношениями:

F = 9/5 С + 32; С = 5/9 (F – 32) и К = С + 273, 16,

где F, С и К соответственно обозначают температуру в градусах по шкалам Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. Шкалы Фаренгейта и Цельсия совпадают в точке –40°, т.е. –40° F = –40° C, что можно проверить по приведенным выше формулам. Во всех прочих случаях значения температур в градусах по шкалам Фаренгейта и Цельсия будут различаться. В научных исследованиях обычно используются шкалы Цельсия и Кельвина.

Атмосферное давление в каждой точке обусловлено массой вышележащего столба воздуха. Оно изменяется, если меняется высота столба воздуха над данной точкой. Давление воздуха на уровне моря составляет ок. 10, 3 т/м². Это означает, что вес столба воздуха с горизонтальным основанием площадью 1 кв.мна уровне моря составляет 10, 3 т.

Плотность воздуха – это отношение массы воздуха к занимаемому им объему. Плотность воздуха возрастает при его сжатии и уменьшается при расширении.

Температура, давление и плотность воздуха связаны между собой уравнением состояния. Воздух в значительной степени подобен «идеальному газу», для которого, согласно уравнению состояния, температура (выраженная в шкале Кельвина), умноженная на плотность и разделенная на давление, есть величина постоянная.

Согласно второму закону Ньютона (закону движения), изменения скорости и направления ветра обусловлены действующими в атмосфере силами. Это сила тяжести, которая удерживает слой воздуха у земной поверхности, градиент давления (сила, направленная из области высокого давления в область низкого) и сила Кориолиса (см. также АТМОСФЕРА). Сила Кориолиса оказывает влияние на ураганы и другие крупномасштабные погодные явления. Чем меньше их масштабы, тем менее существенна для них эта сила. Например, от нее не зависит направление вращения смерча (торнадо).

ВОДЯНОЙ ПАР И ОБЛАКА

Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. Если воздух не способен удерживать бó льшее количество водяного пара, он переходит в состояние насыщения, и тогда вода с открытой поверхности перестает испаряться. Содержание водяного пара в насыщенном воздухе находится в тесной зависимости от температуры и при ее повышении на 10° С может увеличиться не более, чем вдвое.

Относительная влажность – это отношение фактически содержащегося в воздухе водяного пара к количеству водяного пара, соответствующему состоянию насыщения. Относительная влажность воздуха вблизи земной поверхности часто велика утром, когда прохладно. С повышением температуры относительная влажность обычно уменьшается, даже если количество водяного пара в воздухе мало изменяется. Предположим, что утром при температуре 10° С относительная влажность была близка к 100%. Если в течение дня температура понизится, начнется конденсация воды и выпадет роса. Если же температура повысится, например до 20° С, роса испарится, но относительная влажность составит лишь ок. 50%.

Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются либо капельки воды, либо кристаллы льда. Формирование облаков происходит, когда при подъеме и охлаждении водяной пар переходит через точку насыщения. При подъеме воздух попадает в слои все более низкого давления. Ненасыщенный воздух с подъемом на каждый километр охлаждается примерно на 10° С. Если воздух с относительной влажностью ок. 50% поднимется более чем на 1 км, начнется образование облака. Конденсация сначала происходит у основания облака, которое растет вверх до тех пор, пока воздух не перестанет подниматься и, следовательно, охлаждаться. Летом этот процесс легко увидеть на примере пышных кучевых облаков с плоским основанием и воздымающейся и опускающейся вместе с перемещением воздуха вершиной. Облака формируются также в фронтальных зонах, когда теплый воздух скользит вверх, надвигаясь на холодный, и при этом охлаждается до состояния насыщения. Облачность возникает и в областях низкого давления с восходящими потоками воздуха.

Туман представляет собой облако, расположенное у самой земной поверхности. Он часто опускается на землю в тихие, ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность охлаждается, излучая в пространство тепло. Туман также может образоваться при прохождении теплого влажного воздуха над холодной поверхностью суши или воды. Если холодный воздух оказывается над поверхностью теплой воды, прямо на глазах возникает туман испарения. Он часто образуется по утрам поздней осенью над озерами, и тогда кажется, что вода кипит.

Конденсация является сложным процессом, при котором микроскопические частицы содержащихся в воздухе примесей (сажи, пыли, морской соли) служат ядрами конденсации, вокруг которых формируются капельки воды. Такие же ядра необходимы для замерзания воды в атмосфере, так как в очень чистом воздухе при их отсутствии капельки воды не замерзают до температур ок. –40° С. Ядро льдообразования представляет собой маленькую частицу, похожую по структуре на кристалл льда, вокруг которой и формируется кусочек льда. Вполне естественно, что находящиеся в воздухе ледяные частицы являются лучшими ядрами льдообразования. В роли таких ядер выступают также мельчайшие глинистые частички, они приобретают особенное значение при температурах ниже –10°–15° С. Таким образом, создается странная ситуация: капельки воды в атмосфере почти никогда не замерзают при переходе температуры через 0° С. Для их замерзания требуются существенно более низкие температуры, особенно если в воздухе содержится мало ядер льдообразования. Одним из способов стимулирования выпадения осадков является распыление в облаках частичек йодистого серебра – искусственных ядер конденсации. Они способствуют смерзанию крошечных капелек воды в ледяные кристаллы, достаточно тяжелые, чтобы выпадать в форме снега.

Формирование дождя или снега – довольно сложный процесс. Если ледяные кристаллы внутри облака слишком тяжелы, чтобы оставаться взвешенными в восходящем потоке воздуха, они выпадают в виде снега. Если нижние слои атмосферы достаточно теплые, снежинки тают и выпадают на землю дождевыми каплями. Даже летом в умеренных широтах дожди обычно зарождаются в форме льдинок. И даже в тропиках дожди, выпадающие из кучево-дождевых облаков, начинаются с ледяных частичек. Убедительным доказательством того, что лед в облаках существует даже летом, служит град.

Дождь обычно идет из «теплых» облаков, т.е. из облаков с температурой выше точки замерзания. Здесь мелкие капельки, несущие заряды противоположного знака, притягиваются и сливаются в более крупные капли. Они могут увеличиться настолько, что станут слишком тяжелыми, перестанут удерживаться в облаке восходящими потоками воздуха и прольются дождем

Основа современной международной классификации облаков была заложена в 1803 английским метеорологом-любителем Луком Говардом. В ней для описания внешнего вида облаков использованы латинские термины: alto – высоко, cirrus – перистый, cumulus – кучевой, nimbus – дождевой и stratus – слоистый. Различные сочетания этих терминов применяются для наименования десяти главных форм облаков: cirrus – перистые; cirrocumulus – перисто-кучевые; cirrostratus – перисто-слоистые; altocumulus – высококучевые; altostratus – высокослоистые; nimbostratus – слоисто-дождевые; stratocumulus – слоисто-кучевые; stratus – слоистые; cumulus – кучевые и cumulonimbus – кучево-дождевые. Высококучевые и высокослоистые облака располагаются выше, чем кучевые и слоистые.

Облака нижнего яруса (слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые) состоят почти исключительно из воды, их основания располагаются примерно до высоты 2000 м. Облака, стелющиеся по земной поверхности, называются туманом.

Основания облаков среднего яруса (высококучевых и высокослоистых) находятся на высотах от 2000 до 7000 м. Эти облака имеют температуру от 0° С до –25° С и часто представляют собой смесь капель воды и ледяных кристаллов.

Облака верхнего яруса (перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые) обычно имеют нечеткие очертания, так как состоят из ледяных кристаллов. Их основания располагаются на высотах более 7000 м, а температура ниже –25° С.

Кучевые и кучево-дождевые облака относятся к облакам вертикального развития и могут выходить за пределы одного яруса. Особенно это относится к кучево-дождевым облакам, основания которых находятся всего в нескольких сотнях метров от земной поверхности, а вершины могут достигать высот 15–18 км. В нижней части они состоят из капелек воды, а в верхней – из кристаллов льда.

Изменение климата — колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени, выражающиеся в статистически достоверных отклонениях параметров погоды от многолетних значений за период времени от десятилетий до миллионов лет. Учитываются изменения как средних значений погодных параметров, так и изменения частоты экстремальных погодных явлений. Изучением изменений климата занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, по одной из версий, с недавних пор, деятельность человека. В последнее время термин «изменение климата» используется как правило (особенно в контексте экологической политики) для обозначения изменения в современном климате.

Факторы изменения климата

Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли.

изменение размеров, рельефа и взаимного расположения материков и океанов,
изменение светимости солнца,
изменения параметров орбиты и оси Земли,
изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
изменение концентрации парниковых газов (СО₂ и CH₄) в атмосфере,
изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.

Очистка воды

Вода жизненно важна для человечества. Загрязненная отходами вода пагубно влияет на здоровье. Доступ к чистой воде — гораздо большая проблема, чем голод, в развивающихся странах с локальными военными конфликтами и частыми стихийными бедствиями. В США стандарты использования питьевой воды пересматривались несколько раз с целью повышения ее чистоты.

Рост народонаселения и интенсивное ведение сельского хозяйства связаны с постоянно растущим потреблением чистой воды, поэтому все более актуальными становятся поиски новых методов ее очистки. Применение наноматериалов может помочь улучшить существующие, а также создать совершенно новые технологии и материалы, используемые для очистки воды. С помощью нанотехнологий можно усовершенствовать способы обработки и доставки воды в удаленные регионы без достаточных запасов электрической энергии.

Специально созданные наноматериалы являются новым классом, который относительно мало известен большинству специалистов по охране окружающей среды и водопользования. Однако

постепенно ситуация меняется к лучшему. Благодаря дальнейшим исследованиям безопасных, дешевых и эффективных методов обработки воды постепенно меняются прежние традиционные практические способы.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

Мембраны и фильтры разнообразных размеров используются для разделения веществ. В зависимости от своих свойств им удается выполнять эту работу с переменным успехом.

При ультрафильтрации создается повышенное давление с одной стороны мембраны, которое способствует прониканию компонентов с малым молекулярным весом сквозь поры. При этом более крупные молекулы могут перемещаться только вдоль мембраны и не проникают сквозь поры из-за своего размера.

А Полунепроницаемая ультрафильтрационная мембрана имеет поры величиной Ъс от 0, 0025 до 0, 01 мкм.

Исследователи из центра СВЕЫ Университета Райс (США) создали реактивную мембрану из ферроксана ((еттохапе), то есть керамики на основе оксида железа. Благодаря уникальным химическим свойствам железа эти реактивные мембраны позволяют очищать воду, удаляя из нее загрязняющие вещества и органические отходы. Кроме того, обнаружено, что ферроксановые материалы способны разлагать загрязнения с бензойной кислотой.

При использовании мембран из алюмоксана (а1итохапе), то есть керамики на основе оксида алюминия, ученые научились управлять их свойствами (толщиной, распределением диаметров пор, проницаемостью), контролируя размеры алюмоксановых частиц и режим термической обработки мембраны. На рисунке 7.1 показана типичная схема такой керамической мембраны.

Наноструктурные керамические мембраны способны фильтровать и очищать воду в пассивном и активном режимах. Керамические мембраны можно использовать в традиционных системах очистки загрязненной воды и воздуха.

Интеграция нанокатализаторов и методов очистки воды позволяет получить новые преимущества.

А Нанокатализаторы — это вещества или материалы, которые обладают каталитиче- Лт скими свойствами и имеют по крайней мере один наноразмер.

Благодаря увеличению поверхностной площади нанокатализато- ры обладают большей контактной поверхностью и более эффективно реагируют, чем сплошные материалы. Нанокатализаторы можно использовать, например, для очистки загрязненных грунтовых вод, в обычных устройствах для очистки воды, а затем восстанавливать их (то есть возвращать в рабочее состояние) с помощью наномем- бран. На рисунке 7.2 показана часть наноструктурной мембраны, созданной на основе шаблона.

НАНОЧАСТИЦЫ ЖЕЛЕЗА

Уникальные исследования, проведенные инженером по защите окружающей среды Чжан Вейсянем (Wei-xian Zhang) из Университета Лехай (США), продемонстрировали потенциал наномасштабного железного порошка, способного очищать почву и грунтовые воды, загрязненные промышленными веществами.

12 3 Следующая ⇒