3: Фізичний світ

Вступ

У цьому розділі ми розглядаємо різні аспекти фізичного світу, включаючи походження планети Земля та природу та динаміку її фізичних ознак. Розуміння цих предметів є важливим у науці про навколишнє середовище, оскільки вони забезпечують контекст для інтерпретації багатьох змін, спричинених діяльністю людини.

Планета Земля

Вважається, що Всесвіт виникла цілих 12-15 мільярдів років тому під час величезного катаклізму, відомого як «великий вибух». Спочатку практично вся маса зароджується Всесвіту складалася з двох найлегших елементів, водню і гелію, які існували у вигляді надзвичайно дифузної газоподібної маси. Врешті-решт, під всеосяжним впливом сили тяжіння, водень і гелій були агреговані в величезні маси, які все більше стискалися під надзвичайно високим тиском і температурою. Коли тиск і температура були досить інтенсивними, всередині мас почали відбуватися реакції ядерного синтезу, в цей момент вони стали молодими зірками. Крім вивільнення величезних кількостей енергії, реакції синтезу викликали утворення більш важких елементів. Через ці процеси в даний час існує 88 природних елементів. Водень і гелій все ще є найпоширенішими елементами, що становлять понад 99,9% маси Всесвіту.

Сонце - звичайна зірка, одна з мільярдів мільярдів, які існують у Всесвіті. Сонце, його вісім орбітальних планет, а також різні комети, метеори, астероїди та інші матеріали (такі як космічний пил) разом відомі як Сонячна система. Ця конкретна область Всесвіту організована і утримується разом балансом привабливої сили тяжіння і протидії впливам, пов'язаним з обертанням і орбітою (ці самі сили, поряд з триваючим розширенням від початкового великого вибуху, також організовують Всесвіт). Вік Сонячної системи (і Землі) становить не менше 4,6 мільярда років.

Земля - третя найближча планета до Сонця. Земля - це щільна планета, як і інші так звані земні планети, розташовані відносно близько до Сонця: Меркурій, Венера і Марс. Маса цих планет майже повністю складається з більш важких елементів, таких як залізо, нікель, магній, алюміній, кремній. Ці внутрішні планети утворилися шляхом селективного конденсації важчих елементів з первинної планетарної туманності (диска газів та іншої речовини, які повільно оберталися навколо Сонця на ранніх стадіях формування його Сонячної системи). Це сталося тому, що внутрішні планети піддавалися відносно інтенсивному нагріванню сонячним випромінюванням, що призвело до того, що легші гази, такі як водень та гелій, розійшлися далі, настільки, що вони опинилися здебільшого на зовнішніх, більш прохолодних планетах. Тим часом земні планети зберігали більш важкі елементи. Отже, більш віддалені планети Сонячної системи, такі як Юпітер і Сатурн, мають відносно великий, газоподібний і дифузний характер. Більша частина їх обсягу складається з великої атмосфери водню і гелію, хоча ці планети можуть містити більш важкі елементи в своєму ядрі.

Земля - єдине місце у Всесвіті, яке, безумовно, відомо, підтримує життя. Однак цілком можливо, що інші планети космосу також підтримують життя. Хоча прямих доказів цього немає, багато вчених вважають ймовірним, що життя еволюціонувало в іншому місці. Одна з оцінок свідчить про те, що Всесвіт містить 10 ²² (10 000 мільярдів) зірок, причому, можливо, 10% з них мають планетарні системи (10 ²¹ система). Маючи такі неймовірно великі цифри, дуже ймовірно, що принаймні деякі мільярди інших планетних систем підтримують відповідні умови для генезу життя, крім того, що сталося на Землі.

Земля являє собою сферичне тіло діаметром близько 12 740 км. Він обертається навколо Сонця по еліптичній орбіті, на середній відстані близько 149 мільйонів км, завершуючи орбіту за 365,26 днів, або один рік. Земля також обертається навколо своєї осі кожні 24 години, або один день. Його єдиний місяць має діаметр близько 3,474 км і масу близько 2% від Землі. Місяць обертається навколо Землі по еліптичній орбіті на середній відстані близько 385 000 км, що завершується кожні 27,3 дня (місячний місяць).

Сфера Землі складається з чотирьох шарів - ядра, мантії, літосфери та кори - розташованих концентричними шарами, як цибуля. Масивний сердечник має діаметр близько 3500 км і складається з гарячих розплавлених металів, особливо заліза і нікелю. Вважається, що внутрішнє тепло Землі генерується повільним радіоактивним розпадом нестабільних ізотопів певних елементів, таких як уран.

Мантія - менш щільна область, яка охоплює серцевину. Він має товщину близько 2800 км і складається з мінералів у пластичному, напіврідкому стані, відомому як магма. Мантія містить відносно легкі елементи, зокрема кремній, кисень та магній, що зустрічаються у вигляді різних мінеральних сполук. Магма з верхньої мантії іноді вивергається на поверхню в гірських вентиляційних отворів, відомих як вулкани, і зазвичай викидається на поверхню як лава, яка охолоджується, утворюючи базальтову породу.

Наступний шар, літосфера, має товщину всього близько 80 км і складається з жорстких, відносно легких порід, особливо базальтових, гранітних і осадових. Ці породи містять елементи, знайдені в мантії, а також збагачені кількості алюмінію, вуглецю, кальцію, калію, натрію, сірки та інших більш легких елементів.

Зовнішній шар відомий як кора. Океанічна кора відносно тонка, в середньому 10—15 км, а товщина континентальної кори становить 20-60 км. Земна кора має надзвичайно складний мінералогічний склад, на відміну від мантії і особливо ядра, які, як вважають, відносно однорідні за структурою та конституцією. Найбільш поширеними елементами в корі є кисень (45%), кремній (27%), алюміній (8,0%), залізо (5,8%), кальцій (5,1%), магній (2,8%), натрій (2,3%), калій (1,7%), титан (0,86%), ванадій (0,17%), водень (0,14%), фосфор (0,10%) та вуглець (0,032%).

Породи, що утворюють кору, можна згрупувати в три основних типи: магматичні, осадові та метаморфічні. До магматичних порід відносяться базальт і граніт, які утворюються при охолодженні розплавленої магми. Мінеральні форми залежать від швидкості охолодження плюс інших факторів. Базальт - важка, темна, надзвичайно дрібнозерниста порода, яка іноді утворює вертикальні, стовпчасті структури. Базальтові породи є основною складовою океанічної кори, що походить у підводних місцях, де магмічна лава вивергається на поверхню морського дна, таких як глибоководні зони поширення океану та безодні вулкани. Базальт також може утворюватися на наземних вулканах - наприклад, це підвальна скеля Гавайського архіпелагу та інших вулканічних островів. Гранітні породи домінують у континентальній корі, зазвичай відносно світлі за кольором і щільністю, і грубозернисті, з легко помітними кристалами. Складна кристалічна структура включає мінерали кварц і польовий шпат, часто присутні слюда і рогова бленда.

Осадові породи включають вапняк, доломіт, сланець, пісковик та конгломерати. Вони утворюються з частинок, розмитих з інших порід або з осаджених мінералів, таких як кальцит (CaCo ₃), які стають літіфікованими (перетворюються на камінь) під великим тиском в глибоких океанічних відкладах. Осадові породи зазвичай перекривають базальтові або гранітні породи.

Метаморфічні породи утворюються з магматичних або осадових, які були змінені під комбінованим впливом масивного геологічного тепла і тиску. Ці умови зустрічалися, коли первинні породи перенесли глибоко в літосферу рухами кори, наприклад, пов'язаними з гірським будівництвом (описано нижче). Гнейс, наприклад, є метаморфічною породою, отриманою з граніту, в той час як мармур - з вапняку, а сланець - з сланців. Близько 30% поверхні Землі покрито твердими субстратами материків і островів. Інші 70% поверхні Землі - це рідка вода, майже вся з яких океанічна. Крім того, щільна сфера Землі занурена в газоподібну оболонку, відому як атмосфера, яка простягається на відстань близько 1000 км. Однак близько 99% маси атмосфери припадає на 30 км від поверхні планети.

Геологічна динаміка

Протягом всієї своєї історії Земля піддавалася величезним геологічним силам, які сильно вплинули на її мінералогічний склад і особливості поверхні. Переважними впливами є тектонічні сили, які пов'язані з рухами земної кори та іншими процесами, що викликають структурну деформацію гірських порід і корисних копалин. Геологічні сили також змушують континенти та їх підлеглі плити повільно рухатися навколо поверхні Землі, подібно до плотів твердої скелі, що катаються на морі пластикової магми. Гірські хребти побудовані там, де плити земної кори стикаються і підштовхують поверхневі породи.

Землетруси і вулкани також є тектонічними явищами, які впливають на земну кору і поверхню надзвичайно потужними, часом катастрофічними подіями. Інші масивні геологічні сили включають рідкісні, катаклізмічні удари на нашу планету метеоритами і велике зледеніння, пов'язане з охолодженням клімату. Більш повільними, але все ще поширеними геологічними силами є ерозія (викликана водою, вітром і гравітацією) і вивітрювання (розрив гірських порід і розчинення корисних копалин).

Протягом геологічного часу ці різні фізичні процеси глибоко вплинули на характер Землі. Геологічні сили продовжують мати величезний вплив на Землю та її екосистеми як у короткострокових, так і довгострокових часових масштабах. Екологічні зміни, пов'язані з цією геологічною динамікою, забезпечують природний контекст для суттєвих змін, які люди зараз спричиняють своєю економічною діяльністю.

Метеорити

Землю часто вражають швидко рухаються скелясті або металеві об'єкти з космосу, відомі як метеорити. Хоча метеорити є відносно невеликими об'єктами (за планетарними мірками), вони мають величезний імпульс через їх швидкість, яка зазвичай коливається від 10-100 км/с Найменші, найчисленніші метеорити, що досягають Землі, зазвичай згоряють або вибухають в атмосфері через тепло, що утворюється тертям, але більші можуть вижити, щоб вплинути на поверхню. Було підраховано, що кожен день метеорит вагою не менше 100 г потрапляє на поверхню десь в Канаді.

Дуже великі метеорити зустрічаються вкрай рідко, але при ударі поверхні наноситься величезна шкода. Місце удару, як правило, знищується, і утворюється великий кратер, оскільки величезна кількість матеріалів земної кори викидається в атмосферу. Величезні морські хвилі також можуть бути викликані впливом метеорита. У Канаді відомо кілька десятків великих метеоритних кратерів. Найбільша - яйцевидна западина діаметром 140 км поблизу Садбері, Онтаріо, спричинена метеоритом, що стався близько 1850 мільйонів років тому (Mya), і озеро у формі пончика діаметром 70 км в Манікуагані, Квебек, від удару близько 215 травня тому. Ці надзвичайні події, мабуть, завдали величезної шкоди видам та екосистемам того часу.

Еволюційна історія Землі була перемежована низкою катастрофічних подій масового вимирання, під час яких більша частина існуючої біоти зникла за короткий проміжок часу, яка згодом буде замінена новими видами (див. Главу 6). Палеонтологи визнають ці катаклізми за виникненням швидких змін викопного запису, які вказують на перехід між етапами в геологічній шкалі часу (табл. 3.1). Згідно з збереженими даними, найінтенсивніша подія масового вимирання сталася 245 мільйонів років тому наприкінці пермського періоду, коли дивовижні 96% видів, можливо, вимерли. Ще одне масове вимирання відбулося 65 мільйонів років тому в кінці крейдяного періоду, коли, можливо, вимерли 76% видів, включаючи останнього з динозаврів. Згідно з однією з теорій, кінець крейди вимирання були спричинені, коли метеорит шириною 10—15 км вплинув на Землю. Це призвело до того, що величезна кількість дрібного пилу викидається у верхню атмосферу, що спричинило сильне охолодження клімату, яке великі тварини та багато екосистем не могли переносити. Деякі геологи вважають, що місце удару знаходилося біля узбережжя Юкатана Мексики, де існує похована кільцева структура шириною 170 км, датована приблизно 65 мільйонами років. Хоча суперечлива, теорія рідкісних, спричинених метеоритами катастроф також використовувалася для пояснення інших масових вимирань у геологічному записі.

Тектоніка плит

Теорія тектоніки плит стосується динаміки поверхневих матеріалів земної кори. Говорячи простою мовою, ця теорія передбачає, що кора і мантія поводяться як величезна конвекційна система, яка на поверхні характеризується надзвичайно повільними рухами величезних пластин з жорсткого коркового матеріалу. Пластини рухаються від зон, де вони створюються шляхом підняття магми з верхньої мантії, до інших зон, де вони руйнуються рухом вниз у верхню мантію. У зонах створення пластикова магма піднімається на поверхню, твердне, а потім поширюється збоку в процесі, відомому як поширення морського дна. У пухових зонах відбувається субдукція кори морського дна назад в мантію, де вона повторно розплавляється і конвекція збоку. Магма може врешті-решт досягти іншої області upwelling і знову бути перенесена до кірки. Повільно рухаються, жорсткі плити поверхневої кори мають фундамент базальтової породи, з більш легкими, гранітними материками, сплавленими по поверхні деяких океанічних плит (рис. 3.1).

Наприклад, в Атлантичному океані, приблизно на півдорозі між Америкою та Європою та Африкою, глибоководна геологічна структура під назвою Середньоатлантичний хребет проходить приблизно з півночі на південь. Цей безодневий хребет є зоною розкидання морського дна, від якої дві континентальні області розходяться з повільною, але стійкою швидкістю 2-4 см/рік. По суті, Атлантичний океан розширюється з такою швидкістю, що еквівалентно 2-4 метрам на століття.

На відміну від цього, частини континентальної сухопутної маси в західній Америці їздять по регіонах плит, які підпорядковуються під океанічною Тихоокеанською плитою. Однак уздовж більшої частини південно-західної Північної Америки Тихоокеанська та Північноамериканська плити рухаються в протилежних, але паралельних напрямках. Це призводить до того, що південна Каліфорнія та півострів Баха повільно рухаються на північ щодо решти континенту. Цей процес відбувається вздовж розширеної, але вузької зони контакту між пластинами (несправність), відомої як розлом Сан-Андреас.

Ці тектонічні сили призводять до частих землетрусів і вивержень вулканів уздовж тихоокеанських узбережжя Північної та Південної Америки, алеутів та східної Азії. Цей геологічно активний регіон навколо Тихого океану називають «вогняним кільцем» через його численних вулканів. На додаток до цих дискретних, але інтенсивних геологічних подій, в цьому регіоні ведеться активне будівництво відносно молодих гір. Гірська будівля спричинена тим, що матеріали земної кори штовхаються вгору в регіонах, де материки та океанічні плити стикаються один з одним. Подібним чином високі Гімалаї південно-західної Азії створювалися і все ще створюються величезними піднесеними силами, які генеруються, коли індійський субконтинент, що дрейфує на північ, штовхає в більшу азіатську сушу.

Вважається, що континенти були єдиною суміжною масою протягом пермського періоду, близько 290 мільйонів років тому. Цей первісний суперконтинент, іменований Пангеєю, був оточений єдиним, глобальним океаном. Однак розбіжні сили плит земної кори, що рухаються в різних напрямках, потім витягнули Пангею, спочатку на дві маси, відомі як Лаурасія і Гондваналенд, а потім в існуючі континенти Північної та Південної Америки, Африки, Євразії, Австралії та Антарктиди.

Землетрус - це тремтіння або рух Землі, викликане раптовим викидом геологічних напружень в якийсь момент всередині земної кори або верхньої мантії. Землетруси найчастіше спричинені, коли плити кори ковзають поперек або під собою на своїх розломах, але вони також можуть бути викликані вулканічним вибухом. Хоча їх сейсмічна енергія може впливати на велику площу, землетруси мають просторовий фокус, відомий як епіцентр і визначається як положення поверхні, що лежить над глибокою точкою викиду енергії. Інтенсивний землетрус може завдати великої шкоди будівлям, а руйнуються конструкції, пожежі та інші руйнування можуть спричинити велику шкоду людям. У 1556 році землетрус обрушився на провінцію Шаньсі в Китаї і спричинив близько 830 000 смертей, що зробило його найбільш смертельним землетрусом в історії. Найвідомішим катастрофічним землетрусом в Північній Америці стало подія Сан-Франциско в 1906 році, спричинене прослизанням вздовж розлому Сан-Андреас, в результаті якого загинули 503 людини і призвели до величезних фізичних ушкоджень. Однак інші землетруси протягом ХХ століття призвели до набагато більших втрат людських життів, у тому числі один у 1976 році, який загинув 242,000 людей у Таншань, Китай; інший у 1927 році, який вбив 200,000 в Наньшань, Китай; і один в Токіо-Йокогамі, Японія, який загинув 200 000 в 1926 році. Помітні нещодавні землетруси включають один в Кобе, Японія (1995), який загинув 5,500 людей, інший в Кашмірі (2005), який вбив 79 000 людей, один в Сичуані, Китай (2008), який вбив 70 000 людей, і один в Тохуку в Японії (2011), що породило цунамі (сейсмічна морська хвиля), яка вбила 16,000 людей.

Події в Сан-Франциско (1906) і Токіо (1926) торкнулися великих міст. Потужні поштовхи завдали великої шкоди, почасти через слабких архітектурних конструкцій, які були не в змозі протистояти сильним силам. Однак в обох випадках близько 90% фактичних руйнувань були наслідком пожеж. Землетруси також можуть призвести до втрати ґрунту деякої частини своєї механічної стійкості, що призводить до руйнівних зсувів та просідання (занурення) землі та будівель.

Підводні землетруси можуть викликати швидко рухається явище морської поверхні, відоме як цунамі або сейсмічна морська хвиля. Цунамі ледь помітне на морі, але воно може стати гігантським, коли хвиля досягає мілководдя і накопичується до висот, які можуть заболотити прибережні села та міста. У 1929 році землетрус біля східної Канади породив сейсмічну морську хвилю, яка вбила 29 людей у Ньюфаундленді та мисі Бретон. У 1946 році великий землетрус, зосереджений на острові Уміак на Алеутських островах, спричинив цунамі на Гаваях, 4500 км від готелю, гребенем 18 м. У 2004 році від цунамі в Індійському океані загинуло понад 225 000 осіб (див. Global Focus 3.1).

Глобальний фокус 3.1: Вбивця цунамі

Цунамі, або сейсмічна морська хвиля, - це великий сплеск поверхні океану, викликаний підводним землетрусом. Цунамі може бути майже непомітним у глибокій воді відкритого океану, але воно може стати величезним, коли досягне мілководдя прибережної води і будується на висоту, здатну спричинити масові руйнування. Найбільше цунамі останніх часів було спровоковано підводним, так званим «мегатяговим» землетрусом 26 грудня 2004 року. Його епіцентр був розташований приблизно в 40 км від узбережжя Ачех на півночі Суматри, індонезійського острова, і він зареєстрував масивний 9,2 за шкалою Ріхтера (що робить його найбільшим землетрусом за 40 років). Тремор породив величезне цунамі (насправді, близьку серію окремих хвиль), яке зібралося на висоту до 30 м, коли він вплинув на мілкопологі узбережжя країн, що окантовують Індійський океан. На жаль, жодна з країн, яка несла на собі основний тягар спустошення, не була попереджена про майбутню катастрофу, тому ніяких дій для переміщення людей з низинних прибережних районів на вищі землі не було прийнято. Це сталося здебільшого тому, що в Індійському океані не існувало системи виявлення цунамі, хоча недбалість також була залучена, оскільки надзвичайно великий землетрус повинен був попередити цивільну владу про потенційну катастрофу.

Колосальні хвилі цунамі рухалися зі швидкістю близько 60 км/год, коли вони впливали на берег. Вони спричинили широке спустошення та понад 225 000 смертей внаслідок утоплення та травм, спричинених плаваючим сміттям та руйнуванням будівель. Найбільш постраждалими місцями були Суматра (яка постраждала щонайменше 168 000 загиблих і зниклих безвісти), Шрі-Ланка (35 000), східне узбережжя та острови Індії (18 000) та Таїланд (8 000). Щонайменше 7 тисяч загиблих становили туристи з розвинених країн, які відвідували прибережні курорти під час відпустки. Окрім смертності, десятки мільйонів людей були витіснені зі своїх будинків та засобів до існування внаслідок повені. У багатьох найгірших місцях збиток був зроблений набагато важчим через підвищену прибережну вразливість, спричинену видаленням раніше рясних мангрових лісів, в основному для розвитку туристичних курортів та солонуватих ставків для аквакультури креветок. Там, де мангрові зарості залишилися недоторканими, прибережний ліс забезпечував морську стіну, яка допомагала поглинути більшу частину сили цунамі, забезпечуючи міру захисту районів, що знаходяться далі вглиб країни.

Відповідаючи на переважну кількість загиблих і руйнувань, громадяни та уряди багатьох країн, які не постраждали, доставили великі пожертви допомоги для порятунку та подальшого відновлення, включаючи гроші (обіцянки склали близько 5,4 мільярда доларів США), спеціалізований рятувальний персонал, продукти харчування та воду та матеріали для реконструкція. З екологічної точки зору важливі уроки, які слід витягти з цього руйнівного цунамі, включають факти того, що стихійні лиха є непередбачуваними та неминучими, і що подальше руйнування може бути значно погіршено неналежною практикою землекористування та відсутністю планування та реагування на надзвичайні ситуації. здатність.

Вулкан - це вентиляційний отвір на поверхні, з якого розплавлена лава стікає на землю і рідкі, тверді та газоподібні матеріали викидаються в атмосферу. Найбільші виверження можуть буквально вибухнути вулканічну гору, викидаючи величезну кількість матеріалу в навколишнє середовище і завдаючи величезної шкоди і втрати життя. Наприклад, виверження гори Везувій в 79 році н.е. (Загальна епоха) поховало римське місто Помпеї, вбивши майже всіх його жителів. Вибух 1902 року в Мон-Пеле на Карибському острові Мартініка загинув 30 000 чоловік.

Найбільшим виверженням сучасності було виверження Тамбора, вулкана в Індонезії, який вибухнув у 1815 році і вдув понад 300 км ³ матеріалу в атмосферу (включаючи вершину 1300 м гори). Деякі з більш дрібних частинок цього масового виверження були вдуті у верхню атмосферу (стратосферу), що спричинило збільшення відбивної здатності Землі, що призвело до глобального охолодження. 1816 рік став відомий як «рік без літа» в Європі і Північній Америці через надзвичайно прохолодну і вологу погоду, включаючи мороз і снігопад в літні місяці.

Іншим відомим індонезійським виверженням було виверження Кракатау в Зондській протоці в 1883 році, яке викинуло 18-21 км ³ матеріалу висотою до 50-80 км в атмосферу. 30-метрове цунамі, пов'язане з цим виверженням, вбило близько 36 тисяч чоловік в прибережних селах.

Великі виверження вулканів також можуть турбувати великі простори лісу та інших екосистем. Наприклад, вибух 1980 року на горі Сент-Елен в штаті Вашингтон підірвав близько 21 000 гектарів хвойного лісу і в іншому випадку пошкодив ще 40 000 га. Слипи також спустошили великі площі, а великий регіон був покритий частинами (відомими як тефра), які осіли з атмосфери.

Деякі вулкани виробляють хронічні лавові потоки і відведення газів. Ці вулкани, як правило, утворюють характерні конусоподібні гори з накопиченої лави, яка твердне в дрібнокристалічні склоподібні породи. Активним прикладом цього видовищного процесу є гора Кілауеа на Гаваях, яка іноді безперервно вивергається роками. Повільно тече лава з цих вулканів може зруйнувати будівлі та рослинність, але інакше не є небезпечною, оскільки люди та тварини можуть уникнути розплавлених потоків.

Зледеніння

Льодовики, або стійкі покриви льоду, є загальними рисами в високоширотних середовищах Арктики та Антарктики. Вони також зустрічаються на великій висоті на горах, навіть у тропічних країнах, таких як Нова Гвінея та Перу. Льодовики утворюються з глибокого, стійкого снігового пакета, який стискається в лід у міру накопичення його ваги. Більшість льодовиків трапляються на суші, але деякі також поширюються на океан. В даний час близько 10% сухопутної поверхні Землі покрито льодовиками, найбільшими з яких є континентальні крижані покриви Антарктиди. Найбільші льодовики Північної півкулі знаходяться в Гренландії, але частини островів Баффін і Елсмір в Канадській Арктиці також покриті льодовиковим льодом, як і деякі гірські райони на заході Канади.

Зледеніння відноситься до великого просування крижаних покривів, викликаного періодом тривалого глобального похолодання, який іноді називають льодовиковим періодом. Протягом геологічної історії було кілька льодовикових періодів, хоча подробиці відомі лише про останнє заледеніння, оскільки воно знищило більшість слідів попередніх подій. Останній льодовиковий період, відомий як Вісконсін, почався приблизно 85 000 років тому і закінчився близько 11 000 років тому.

У розпал вісконсінського заледеніння лід покрив близько 30% поверхні суші Землі, включаючи майже всю нинішню Канаду, а також великі райони континентального шельфу, які зараз знаходяться під океаном. Останнє сталося через те, що рівень моря був приблизно на 120 м нижче під час цього заледеніння внаслідок того, що стільки води було зав'язано льодом на суші. Найбільшою крижаною масою в Канаді був Лорантідний крижаний покрив, який досягав товщини близько 4 км. Кордильерський льодовий покрив західних гір містив лід товщиною до 2 км.

Нинішня епоха голоцену (недавня; Таблиця 3.1) є відносно теплою і вільною від льоду і називається міжльодовикової стадією. Клімат, однак, не був рівномірно теплим протягом теперішнього міжльодовикового періоду. Наприклад, період приблизно з 1450 по 1850 рік відомий як Малий льодовиковий період через його відносно прохолодного клімату. У цей період спостерігалося помірне розширення льодовиків та снігових полів у багатьох куточках світу, включаючи арктичні регіони та західні гори Канади.

Льодовики - це надзвичайно ерозійні сили, які розчавлюють, розмивають та розкопують нижню місцевість своєю масивною вагою та важкими рухами. Льодовики також транспортують величезну кількість викопаного сміття навколо ландшафту. Ці тверді матеріали врешті-решт осідають, коли льодовики тануть, впадаючи з абляційної (тануючої) крижаної маси або захоплюючись талою водою, що протікає у струмках та річках. Великі поклади льодовикового сміття поширені майже на всій території Канади, часто зустрічаються як характерні форми рельєфу, такі як:

• морени, які представляють собою ряд довгих, насипаних пагорбів, зазвичай лежать перпендикулярно потоку регіонального льодовика, і містять змішані скелясті уламки, відомі як до
• барабани, або каплеподібні пагорби, які витягнуті в напрямку руху льодовика і складаються з суміші кам'янистих матеріалів
• Ескери, які є довгими, серпантин курганів грубо відсортованих уламків, які були відкладені річкою, що протікає під льодовиком
• безладні, або округлі валуни різних розмірів, які непоєднувано розкидані по ландшафту
• довгі П-образні долини в гірській місцевості, які були вирізані з раніше існуючих річкових долин ерозійними силами льодовика
• фіорди, які є довгими, вузькими, крутими входами океану, які були вирізані на виході льодовиків, що спускаються з набагато більшого льодовикового покриву на більшій висоті
• назовні рівнини, які містять суміш матеріалів, що варіюються за розміром від гірських порід до піску або глини, які відкладалися на відносно широкій площі струмками та річками, що живляться льодовиковими талими водами
• колишні басейни великих озер льодовикових талих вод, які сьогодні характеризуються рівнинними, дрібнозернистими, часто родючими рівнинами (Південна Манітоба має великі колишні озера постльодовикового озера Агассіз), тоді як рівнинні райони на півдні Онтаріо і Квебеку колись були частиною післяльодовикових басейнів того, що зараз Великих озер і річки Святого Лаврентія.)

Величезні крижані покриви, які колись знищили майже всю Канаду, значною мірою зникли від 8 000 до 10 000 років тому, хоча льодовикові залишки все ще трапляються на островах в Арктиці та на горах західної Канади. Канадський ландшафт був глибоко сформований вражаючими геологічними ознаками просування і відступу величезних континентальних льодовиків часів минулого. З тих пір рельєф місцевості та форми рельєфу були значно змінені іншими геологічними силами, такими як ерозія та вивітрювання, а також перепланування екосистем після відступу величезних крижаних покривів. Однак, порівняно з впливом Вісконсіна та попередніх льодовиків, ці сили мали відносно невеликий вплив на стійкий характер ландшафтів та прибережних морських пейзажів Канади.

Гідросфера

Гідросфера - це частина Землі, яка містить воду (H ₂ O), в тому числі в океанах, атмосфері, поверхні суші та під землею. Гідрологічний цикл (або кругообіг води) відноситься до швидкості руху (потоків) води серед цих різних резервуарів (відсіків). Гідрологічний цикл функціонує на всіх масштабах, починаючи від локальних і закінчуючи глобальними. Основні елементи глобального гідрологічного циклу проілюстровані на малюнку 3.2.

Кожен відсік гідрологічного циклу має як вхідний, так і вихідний потоки, і сума всіх цих елементів складається з циклу. Якщо швидкість введення в відсік дорівнює швидкості виходу, то існує проточна рівновага і кількість присутньої води не змінюється. Звичайно, якщо вхід перевищує вихід, відсік з часом збільшується в розмірах, і він зменшується, якщо вхід менше вихідного.

У глобальному масштабі основні відсіки гідрологічного циклу знаходяться в довгостроковому рівноважному стані. Однак це, як правило, не вірно в локальному масштабі, особливо через менші проміжки часу. Наприклад, конкретна ділянка може тимчасово затопити або пересохнути. Крім того, місцеві гідрологічні умови можуть змінюватися в довгостроковій перспективі. Зледеніння, наприклад, зберігає величезну кількість твердої води на суші, а надмірне використання підземних вод може виснажити артезіанський водосховище (водоносний шар).

Хоча гідрологічний цикл є надзвичайно складним явищем, його можна розглянути в контексті чотирьох основних відсіків (табл. 3.2):

1. Океани є найбільшим гідрологічним відсіком, на який припадає близько 97,4% всієї води на планеті.
2. Поверхневі води зустрічаються на сухопутних масах і становлять 2,3% глобальних вод. Майже вся ця кількість пов'язана в льодовиках, переважно в Антарктиді та Гренландії, з озерами, ставками, річками, струмками та іншими поверхневими об'єктами рідкої води лише 0,002%.
3. На підземні води припадає 0,32% глобальних вод. Грунтові води можуть виникати у відносно неглибоких ґрунтових горизонтах, де вони доступні для поглинання рослинами, або можуть стікати збоку у поверхневі води, такі як озера та струмки. Глибші грунтові води недоступні для цих цілей і утворюють артезіанські резервуари в просторах в межах пористої або тріщинистої породи. Такі водоносні горизонти отримують воду, що проникає глибоким дренажем зверху або далеким підземним транспортом з довколишніх висотних районів.
4. Атмосферна вода становить лише близько 0,001% від загальної загальної кількості. Це може відбуватися як газ, пар (крихітні, зважені крапельки) або тверде тіло (кристали льоду), всі вони сильно змінюються в просторі та часі. Хмара - це щільне скупчення рідкої або твердої води в атмосфері, в той час як газоподібна вода невидима. Зверніть увагу, що максимальна кількість води, яку може вмістити об'єм атмосфери, сильно залежить від температури, при цьому тепліше повітря має набагато більшу ємність для зберігання води, ніж холодне повітря. Термін вологість позначає фактичну концентрацію води в атмосфері (вимірюється в г/м3), тоді як відносна вологість виражає фактичну вологість у відсотках від значення насичення для конкретної температури.

Випаровування - це зміна стану води з рідини на газ, або з твердого безпосередньо на газ (випаровування безпосередньо з льоду або снігу правильніше називати сублімацією). У всьому світі близько 86% випаровування припадає на океани, а решта - з наземних поверхонь. На земних ландшафтах вода може випаровуватися з водойм поверхневих вод, з вологого грунту і гірських порід, і з рослинності. Транспірація відноситься саме до випаровування води з рослин, тоді як випаровування відноситься до всіх джерел випаровування з ландшафту.

Опади - це відкладення води з атмосфери, що відбуваються у вигляді рідкого дощу або у вигляді твердого снігу або граду. Крім того, парофазна атмосферна вода може конденсуватися або замерзати на поверхнях відповідно як роса або мороз. Як раніше зазначалося, більшість глобальних випаровувань відбувається з океанів, значна частина яких випадає назад в них. Однак деякі транспортуються шляхом переміщення повітряних мас над континентами, що призводить до чистого імпорту випарованої води з океанів на поверхні суші. Обсяги опадів можуть бути особливо великими в гірських районах, що стоять перед океаном, явище відоме як орографічні опади (докладно 3.1).

Поверхневі потоки включають воду, яка транспортується в струмках і річках. Навпаки, озера та ставки є відносно статичними резервуарами для зберігання. Поверхневі потоки рухаються у відповідь на гравітаційні спуски, пов'язані з висотою — іншими словами, вода тече вниз. Зрештою, більшість поверхневих потоків переносять воду до океанів, тим самим допомагаючи збалансувати чистий імпорт вологи, випарованої з океанів.

Детально 3.1: Орографічні опади вздовж перетину через прибережну Британську Колумбію

Просторова картина опадів у прибережній Британській Колумбії ілюструє явище орографічних опадів. Відбувається у міру того, як навантажені вологою повітряні маси, обдуваються переважаючими західними вітрами з Тихого океану, стикаються з горами Берегового хребта. Коли повітряні маси піднімаються, вони охолоджуються (від 0,5 до 0,8° C на кожні 100 м збільшення висоти), що значно знижує їх здатність утримувати воду. Це призводить до того, що більша частина вологи конденсується в хмари, а потім випадає в осад з атмосфери, як сніг і дощ.

Коли повітряна маса переходить на іншу сторону гір і починає спускатися, вона знову прогрівається, що збільшує її влагоудерживающую здатність. Тому опади набагато рідше на дощово-тіньовій стороні гір.

Отже, прибережний Ванкувер має набагато більше опадів (близько 110 см/год), ніж Пентіктон у внутрішній долині Оканаган (28 см/рік). Однак місцеві орографічні ефекти також значні в районі Великого Ванкувера, де кількість опадів становить лише близько 50 см/рік у південних передмістях Дельти, але аж 250 см/рік у місцях поблизу гір, таких як Північний Ванкувер.

Дренаж грунтових вод передбачає інфільтрацію води в грунт. Неглибокі грунтові води можуть рухатися в бічному напрямку, з часом стікаючи в поверхневі води. Він також може бути прийнятий корінням рослин, щоб згодом потрапити в атмосферу через листя. Однак більш глибокі грунтові води недоступні для поглинання рослин або для підживлення поверхневих вод. Він накопичується в підземних артезіанських резервуарах, які можуть бути дуже великими. Найбільшим таким водоносним горизонтом Північної Америки є Огаллала, який лежить в основі близько 450 000 км² західної частини США.

Гідрологічний цикл надзвичайно важливий. Вода потрібна природним екосистемам для метаболічних потреб організмів, для охолодження та як всюдисущий розчинник, який дозволяє поглинати організмами водорозчинні поживні речовини. Вода також потрібна людям для використання в сільському господарстві, промисловості та відпочинку. На жаль, у багатьох регіонах вода та її біологічні ресурси (наприклад, риба) використовуються надмірно, а якість води погіршується через забруднення. Збиток, заподіяний воді та її ресурсам, а також способи пом'якшення цих наслідків є загальними темами у багатьох розділах цієї книги.

Атмосфера

Атмосфера - це оболонка газів, яка оточує Землю і утримується на місці привабливими силами тяжіння. Щільність атмосферної маси набагато більше близько до поверхні і швидко зменшується зі збільшенням висоти. Атмосфера складається з чотирьох шарів, межі яких неточні, оскільки вони можуть змінюватися в часі і просторі:

1. Тропосфера (або нижня атмосфера) містить 85-90% атмосферної маси і простягається від поверхні на висоту 8-20 км. Він тонший у високих широтах і товщі в екваторіальних широтах, але також змінюється сезонно, в будь-якому місці влітку густіший, ніж взимку. Характерно, що температура повітря знижується зі збільшенням висоти в межах тропосфери, а конвективні повітряні потоки (вітри) поширені. Отже, тропосферу іноді називають «метеорологічним шаром».
2. Стратосфера простягається від тропосфери до приблизно 50 км, залежно від сезону і широти. Температура повітря мало змінюється з висотою в межах стратосфери, і конвективних повітряних потоків мало.
3. Мезосфера простягається за межі стратосфери приблизно на 75 км.
4. Термосфера простягається на 450 км і більше.

Поза атмосферою знаходиться космічний простір, незмірно великий регіон, де Земля не робить ніяких виявлених хімічних або термічних впливів.

Близько 78% маси атмосфери складається з газу азоту (N ₂), тоді як 21% - кисень (O ₂), 0,9% аргон (Ar) та 0,04% вуглекислого газу (CO ₂). Решта - це різні слідові гази, включаючи потенційно токсичні, такі як озон (O ₃) та діоксид сірки (SO ₂) (див. Розділ 16). Атмосфера також містить дуже змінні концентрації водяної пари, які можуть коливатися лише від 0,01% у холодному зимовому повітрі в Арктиці до 5% у теплому, вологому тропічному повітрі. В середньому загальна вага атмосферної маси чинить тиск на рівні моря близько 1,0 × 10 ⁵ паскалей (Па; або одна атмосфера), що еквівалентно 1,0 кг на см ².

Атмосфера є високодинамічним середовищем, змінюючись у просторі та часі. Особливо це стосується тропосфери, всередині якої найбільш виражені градієнти температури і енергії. Щоб вирівняти енергетичні градієнти, існує потік атмосферної маси з регіонів відносно високого тиску в ті, що мають менший тиск. Ці більш-менш бічні атмосферні рухи відомі як вітер. Енергійність і швидкість вітрів можуть коливатися від ледь помітних до декількох сотень кілометрів на годину в надзвичайно бурхливих, обертових повітряних масах, таких як торнадо або ураган. Взагалі, вітри викликаються, коли нагріте сонцем повітря стає менш щільним і піднімається по висоті, замінюючись на поверхні припливом більш холодного, щільного повітря з інших місць. Просто інтерпретується, цей рух атмосферної маси являє собою величезну газоподібну конвективну клітину. Ці атмосферні рухи відбуваються як в локальному, так і в глобальному масштабах і надзвичайно мінливі в просторі та часі. На глобальному рівні, однак, помітна широка загальна картина звернення.

Як було зазначено вище, на напрямки вітру впливають відносні місця розташування високого і низького атмосферного тиску. На напрямки вітру також впливає ефект Коріоліса, який викликаний обертанням Землі із заходу на схід. Наприклад, в середніх широтах Північної півкулі розподіл тиску в нижній атмосфері забезпечує північну силу по напрямку вітру. Сила Коріоліса, яка відхиляє рухи вправо в цій півкулі, врівноважує силу градієнта тиску, так що вітри, як правило, дують із заходу на схід. Для порівняння, в середніх широтах Південної півкулі сила градієнта тиску спрямована на південь, тоді як сила Коріоліса відхиляє рухи вліво. На рівновазі, це знову призводить до того, що вітри, як правило, дують із заходу на схід. На місцеві закономірності вітрового потоку також впливає топографія поверхні - гори є бар'єрами, які відхиляють вітри вгору або навколо, тоді як долини можуть направляти потоки вітру.

Переважаючі вітри дмуть відносно безперервно в домінуючому напрямку. Існує три основних класи переважаючих вітрів:

1. пасати - це тропічні повітряні потоки, що дме з північного сходу (на південний захід) в Північній півкулі, а з південного сходу в Південній півкулі
2. вестерлі - це середньоширотні вітри, які дмуть з південного заходу в Північній півкулі, а з північного заходу в Південній півкулі
3. полярні східні райони дують з північного сходу у високих північних широтах, а з південного сходу біля Антарктиди.

Клімат і погода

Клімат відноситься до переважаючих атмосферних умов: температура, опади, вологість, швидкість і напрямок вітру (разом це швидкість вітру), інсоляція (вхідна сонячна радіація), видимість, туман і хмарний покрив в місці або регіоні. Кліматичні дані зазвичай розраховуються у вигляді статистики (типу середніх або діапазонів значень), використовуючи дані, отримані в результаті як мінімум декількох десятиліть моніторингу (кращий період для розрахунку «нормальних» кліматичних параметрів - не менше 30 років).

На відміну від цього, погода відноситься до щоденних або миттєвих метеорологічних умов (остання називається «погодою в реальному часі»). Оскільки погода пов'язана з короткостроковими умовами, вона набагато більш мінлива у часі та просторі, ніж клімат. Більшість аспектів клімату - це функції сонячної інсоляції та того, як ця надходить енергія поглинається, відбивається та повторно випромінюється атмосферою, океанами та земними поверхнями. Складний предмет бюджетів фізичної енергії описаний в главі 4. З цією метою варто вивчити кілька екологічно важливих аспектів:

• Дякую Сонцю. Якби не потепління впливу сонячної радіації, температура поверхні і атмосфери наближалася б до найхолоднішої, яка фізично можлива — це абсолютний нуль, або -273° C (або 0o за шкалою Кельвіна). Хоча Земля має обмежену здатність генерувати власне тепло шляхом розпаду радіоактивних елементів у своїй ядрі, цього недостатньо, щоб забезпечити значне потепління на поверхні. Тому сонячна енергія має вирішальне значення для підтримки температури поверхні в межах діапазону, який можуть переносити організми.
• Атмосферне відображення і поглинання. Умови в атмосфері мають великий вплив на кліматичні фактори. Наприклад, хмарний покрив та крихітні частинки добре відбивають багато видимих довжин хвиль сонячного випромінювання і тому мають помітний охолоджуючий ефект на нижню атмосферу та поверхню. Крім того, атмосфера містить слідові концентрації певних газів, які поглинають частину інфрачервоного випромінювання, яке планета випромінює, щоб охолодити себе від тепла, отриманого шляхом поглинання сонячної радіації. Найважливішими з цих так званих «парникових газів» є водяна пара, вуглекислий газ та метан. Цей вплив називається парниковим ефектом, і він підтримує температуру поверхні Землі в середньому близько 15° C, або 33° C тепліше, ніж -18° C, це було б без цього помірного ефекту (див. Глави 4 і 17).
• Ніч і День. У будь-якому місці на поверхні вхід сонячної радіації високий вдень і низький вночі. (Вночі єдині вхідні випромінювання - від далеких зірок і від сонячної радіації, відбитої атмосферними частинками та місяцем - ці розріджені входи відомі як «мансардне вікно».) Щоденні, 24-годинні (добові) зміни споживання енергії призводять до великих змін погоди. Однак цей ефект сильно варіюється між тропічними та полярними широтами. Тропічні регіони мають приблизно однакову тривалість дня та ночі близько 12 годин кожен, які не сильно змінюються протягом року. Навпаки, полярні широти набагато сезонніші, майже безперервне світло протягом більшої частини літа та постійною ніччю протягом частини зими. Помірні широти є проміжними, з більшою тривалістю дня влітку та коротшими взимку.
• Ефекти широти. Місця в тропічних широтах, як правило, стикаються з вхідною сонячною радіацією під відносно перпендикулярним кутом (ближче до 90° опівдні). Полярні широти мають більш косий кут падіння сонця, а помірні широти є проміжними в цьому плані. Чим перпендикулярніше кут падіння сонячного випромінювання, тим менше площа поверхні, по якій розподіляється надходить енергія і тим інтенсивніше виходить нагрівання. Кут падіння сонця має сильний вплив на кількість одиничної площі сонячної радіації, що отримується в різних широтах, і є основною причиною (поряд з сезонністю), чому тропіки тепліші за полярні регіони.
• Пори року. Вісь Землі нахиляється під кутом 23,5° відносно падіння сонячної радіації. Отже, під час щорічної революції планети навколо Сонця спостерігаються сезонні відмінності в енергії, що отримується між Північним і Південним півкулями. У Північній півкулі кут падіння ближче до перпендикулярного з 21 березня по 22 вересня, даючи відносно тепліші умови, тоді як кут більш косий з 22 вересня по 21 березня, що призводить до більш прохолодних умов. Ці сезони змінюються в Південній півкулі. Оскільки орбіта Землі еліптична, кліматичні сезони також впливають на різну відстань від Сонця. Однак цей ефект порівняно невеликий в порівнянні з нахилом осі.
• Аспект. У локальному масштабі напрямок, з яким стикається схил (відомий як його аспект), має істотний вплив на кількість отриманої сонячної радіації. У Північній півкулі схили, що виходять на південь, і в меншій мірі схили, що виходять на захід, відносно теплі, тоді як схили, що виходять на північ і схід, більш прохолодні. У Південній півкулі схили, що виходять на північ, тепліші.
• Ухил. Ступінь ухилу, або кут нахилу земельної ділянки, також впливає на кількість одержуваної енергії. Чим ближче нахил наближає перпендикулярний кут до вхідного сонячного випромінювання, тим більше витрачається енергія на одиницю площі поверхні. У Північній півкулі цей ефект найбільший на схилах, що виходять на південь.
• Грунтовий і рослинний покрив. Більш темні поверхні поглинають набагато більше сонячного випромінювання, ніж більш світлі поверхні. Це причина, чому чорна асфальтова поверхня протягом дня стає набагато гарячішою, ніж з цементу світлого кольору. Навіси рослин також різняться за своїми характеристиками поглинання та відбиття залежно від кольору листя та кута, під яким вона орієнтована на вхідну сонячну радіацію. Основні зміни в характері рослинності, які відбуваються при перетворенні лісу в сільськогосподарське або міське землекористування, можуть вплинути на місцеві, а іноді і регіональні, погоду і клімат.
• Сніг і крижаний покрив. Оскільки сніг та лід добре відбивають сонячну радіацію, поверхні, покриті цими матеріалами, поглинають відносно невелику інсоляцію. Танення снігового покриву навесні оголює набагато більш поглинаючу поверхню грунту, а потепління потім прискорюється.
• Випаровування води. Вологі поверхні охолоджуються випаровуванням води - процесом, який поглинає теплову енергію. Тому транспірація води з листя рослини має охолоджуючу дію, схожу з випаровуванням поту з поверхні тіла людини.

Перераховані вище фактори впливають на введення, відображення, поглинання та розсіювання сонячної радіації, що призводить до великих коливань температури повітря, води та поверхні над поверхнею Землі. Енергетичні градієнти, що розвиваються, призводять до глобальних процесів, які намагаються розподілити енергію більш рівномірно, рухами повітряних мас в атмосфері (вітрами) і течіями води в океанах. Крім того, переважаючі напрямки вітру можуть взаємодіяти з океанічними течіями для створення кругових водних потоків, відомих як гіри. Субтропічні гіри обертаються за годинниковою стрілкою в Північній півкулі і проти годинникової стрілки в Південній півкулі, тоді як субполярні гіри обертаються в протилежних напрямках.

Клімат має важливий вплив на характер екологічного розвитку в будь-якому регіоні або місці. Кліматичні умови можуть варіюватися в великих масштабах, званих макрокліматом, що впливає на природу екосистем на великій площі. Кліматичні умови також можуть змінюватися на значно менших масштабах, званих мікрокліматом, на який може впливати місцевий рельєф, близькість до океану або великого озера, або підповерхові умови під щільним пологом деревного листя. Чотири кліматичні фактори особливо впливають на розвиток екосистем (див. Розділ 8). З них коливання опадів і температури, як правило, мають найбільший вплив. На кількість опадів сильно впливає потік переважаючих вітрів, вологість повітряних мас, вплив рельєфу (див. Докладно 3.1). Сухий клімат може підтримувати лише пустельну рослинність, тоді як вологі умови можуть дозволити розвиватися старорослі ліси та водно-болотні угіддя.

Температура відносно тепла в тропічних широтах і на меншій висоті в гірській місцевості, при цьому прохолодніше на великій широті і великій висоті. Загалом, місця з холодними температурами розвивають рослинність тундри, тоді як більш теплі температури можуть підтримувати ліс. Помірні і полярні широти мають великі сезонні коливання температури. Тропічний ліс розвивається у вологих регіонах, де температура залишається рівномірно теплою, тоді як помірні та бореальні ліси переважають породи дерев, які можуть переносити холодні температури взимку. Вітер також може мати значний екологічний вплив, хоча це, як правило, менш важливо, ніж опади та температура. Дуже вітряні місця можуть не підтримувати ліс, навіть якщо опади та температура в іншому випадку сприятливі. Це відбувається в багатьох прибережних середовищах існування в Канаді, де вітряні умови призводять до чагарникових екосистем, а не лісу, який зустрічається далі вглиб країни.

Екстремальні події погоди, такі як посуха, повені, ураган або торнадо, також можуть бути важливими. Важкі порушення мають великий вплив на екологічний розвиток, особливо там, де вони трапляються часто. Наприклад, часта посуха або сильні бурі можуть обмежити розвиток лісу в деяких регіонах, навіть якщо середні кліматичні умови можуть бути сприятливими.

Основні елементи клімату Канади описані в канадському фокусі 3.1. Їх зв'язок з екологічним розвитком розглядається в главі 8.

Канадський фокус 3.1. Клімат Канади
Канада - величезна країна, друга за величиною в світі після Росії. Широкий діапазон широт означає, що місцевий та регіональний клімат варіюється від холодного полярного у Високій Арктиці до теплого помірного на півдні Онтаріо та півдні Британської Колумбії. Канада також має надзвичайно різноманітну топографію, з великими низькими регіонами та багатьма районами на високій висоті, особливо в горах Лабрадор, східних Арктичних островах та Скелястих горах. Тому регіони Канади характеризуються величезними відмінностями в кліматі.

На малюнку показані сезонні закономірності змін, використовуючи температуру в якості індикатора. Зверніть увагу, що високоарктична станція в Alert (82 ^o N) на далекому північному острові Елсмір набагато холодніша і має короткий вегетаційний період порівняно з південними станціями. Томпсон (55 ^o N) знаходиться в бореальній зоні північної Манітоби, а також має відносно холодний клімат з коротким вегетаційним періодом. Летбридж, в районі прерій південної Альберти, має помірний клімат прерії з відносно теплим і тривалим вегетаційним періодом. Віндзор (42 ^o N) - це найбільш південне місце, показане, і воно має найтепліший клімат і найдовший вегетаційний період.

Висновки

Знання фізичного світу є центральним аспектом екологічної науки — воно забезпечує істотний контекст для розуміння причин та наслідків майже всіх змін, які спричинені діяльністю людини. Фізичні та структурні ознаки Землі впливають на геологічні та географічні сили, що впливають на її поверхню (як воду, так і сушу) та атмосферу. Крім того, кількість і спектральна якість вхідного сонячного світла мають глибокий вплив на енергетичний бюджет і клімат планети. Все частіше антропогенні впливи мають великий, кумулятивний вплив на ці природні ефекти і перетворюють поверхневі атрибути Землі, впливаючи на ерозію, поверхневий покрив, хімію навколишнього середовища і навіть глобальний клімат.

Питання для рецензування

1. Які існують різні шари твердої сфери та атмосфери Землі? Коротко опишемо характеристики цих шарів.
2. Що викликає тектонічні сили, і які їх наслідки для динаміки земної кори?
3. Що таке зледеніння? Опишіть основні особливості поверхні, які вона залишає після себе.
4. Які ключові фактори впливають на регіональний клімат і мікроклімат?

Питання для обговорення

1. Поясніть, як геологічні сили вплинули на особливості ландшафту в регіоні, де ви живете.
2. Звідки береться ваша питна вода? Простежте його походження та утилізація з точки зору гідрологічного циклу.
3. Поясніть відмінності між кліматом і погодою. Обговоріть вплив клімату та погоди на ваше повсякденне та щорічне життя.
4. Стихійні лиха, такі як екстремальна погода, спричинена вітром або масовою подією дощу, є рідкісними, але неминучими явищами. Яка недавня історія стихійних лих в тому місці, де ви живете? Чи вважаєте ви, що землекористування та інші людські впливи, можливо, збільшили можливість гіршої шкоди, спричиненої цими непередбачуваними подіями?

Вивчення проблем

1. Ви є частиною дослідницької групи, яка досліджує потенційні екологічні наслідки зміни клімату в регіоні горбистої топографії. Ваша відповідальність полягає в тому, щоб охарактеризувати кліматичні умови в досліджуваній місцевості, даючи достатню деталізацію, щоб команда могла зрозуміти загальні умови, а також місцеві, такі як в долині, на схилах і на вершині пагорбів. Які фактори ви повинні враховувати при розробці програми моніторингу клімату? Розглянемо наступні аспекти: (а) кількість місць моніторингу, (б) де повинні бути розташовані місця моніторингу, (c) які змінні вимірювати (наприклад, вітер, температура, опади, сонячне світло), і (d) як довго ви повинні контролювати умови перед визначенням нормального клімату (на відміну від погоди).

Цитуються посилання та подальше читання

1. Альварес, В., Е.Г. Кауфман, Ф.Сурлик, Л.В. Альварес, Ф.Асаро, і Х.В. Мішель. 1984. Теорія впливу масових вимирань та запис безхребетних викопних копалин. Наукова, 223:1135-41.
2. Боткін Д.Б. та Келлер Е.А. Наука про навколишнє середовище: Земля як жива планета. 9-е видання. Дж. Уайлі та сини, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
3. Брайант, Е.А. 1997. Кліматичний процес та зміни. Кембриджський університетський прес, Кембридж, Великобританія.
4. Коуен, Р. 2013. Історія життя. 4-е изд. Блеквелл Sci. Pub., Лондон, Великобританія.
5. Довкілля Канади. 2015 рік. Канадські кліматичні нормалі. Служба атмосферного середовища, Оттава, ON. http://climate.weather.gc.ca/climate_normals/index_e.html#1981
6. Флінт, Р.Ф. і Б.Дж. Скіннер. 1987. Фізична геологія. Дж. Уайлі та сини, Нью-Йорк.
7. Яблонський, Д. 1991. Вимирання: палеонтологічна перспектива. Наука, 253:754-7.
8. Келлер, Е.А. 2010. Екологічна геологія. 9-е изд. Прентіс Холл, Верхня річка Сідло, штат Нью-Джерсі.
9. Лютгенс, Ф.К., Тарбук Е.Дж., і Д.Г. Основи геології. 11-е изд. Прентіс Холл, Верхня річка Сідло, штат Нью-Джерсі.
10. Маргуліс, Л. та Л.Олендзенскі (ред.). 1992 р. Екологічна еволюція. MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
11. Монтгомері, К. 2002. Екологічна геологія. Макгроу-Хілл, Колумбус, Огайо.
12. Одум, Е.П. 1993. Базова екологія. Видавництво коледжу Сондерс, Нью-Йорк, Нью-Йорк. Священик, J. 2012. Енергетика: принципи, проблеми, альтернативи. 8-е изд. Кендалл Хант
13. П'єлу, Е.К. 1991. Після льодовикового періоду: Повернення життя в льодовикову Північну Америку. Університет Чикаго Преса, Чикаго, Іллінойс.
14. Рауп, Д.М. 1986. Справа Немезиди. Нортон, Нью-Йорк, Нью-Йорк
15. Шнайдер, С.Г. 1989. Зміна клімату. Американський науковий, 261 (3): 70-9.
16. Скіннер, Б.Дж., С.К. Портер, і Дж. Парк. 2004. Динамічна Земля: Вступ до фізичної геології, 5-е видання. Джон Вілі та сини, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
17. Сміл В.В., 2007. Енергія в природі та суспільстві. Загальна енергетика складних систем. MIT Press, Бостон, Массачусетс.
18. Ван Андель, Т.Г. 1985. Нові погляди на стару планету: континентальний дрейф і історія Землі. Кембриджський університетський прес, Кембридж, Великобританія.