Рис. 1. Распределение солнечной радиации по широте:

Rc - радиация на верхней границе атмосферы; суммарная радиация:
- на поверхности суши,
- на поверхности Мирового океана;
- средняя для поверхности земного шара; радиационный баланс: Rc - на поверхности суши, Ro - на поверхности океана, R3 - на поверхности земного шара (среднее значение)
Масса Земли также влияет на характер зональности, хотя и косвенно: она позволяет планете (в отличие, например, от «лёгкой» Луны) удерживать атмосферу, которая служит важным фактором трансформации и перераспределения солнечной энергии.
При однородном вещественном составе и отсутствии неровностей количество солнечной радиации изменялось бы на земной поверхности строго по широте и было бы одинаковым на одной и той же параллели, несмотря на осложняющее влияние перечисленных астрономических факторов. Но в сложной и неоднородной среде эпигеосферы поток солнечной радиации перераспределяется и претерпевает разнообразные трансформации, что ведёт к нарушению его математически правильной зональности.
Поскольку солнечная энергия служит практически единственным источником физических, химических и биологических процессов, лежащих в основе функционирования географических компонентов, в этих компонентах неизбежно должна проявляться широтная зональность. Однако проявления эти далеко не однозначны, и географический механизм зональности оказывается достаточно сложным.
Уже проходя через толщу атмосферы, солнечные лучи частично отражаются, а также поглощаются облаками. В силу этого максимальная радиация, приходящая к земной поверхности, наблюдается не на экваторе, а в поясах обоих полушарий между 20-й и 30-й параллелями, где атмосфера наиболее прозрачна для солнечных лучей (рис. 1). Над сушей контрасты прозрачности атмосферы более значительны, чем над океаном, что находит отражение в рисунке соответствующих кривых. Кривые широтного распределения радиационного баланса несколько более сглажены, но хорошо заметно, что поверхность океана характеризуется более высокими цифрами, чем суша. К важнейшим следствиям широтно-зонального распределения солнечной энергии относятся зональность воздушных масс, циркуляции атмосферы и влагооборота. Под влиянием неравномерного нагрева, а также испарения с подстилающей поверхности формируются четыре основных зональных типа воздушных масс: экваториальные (тёплые и влажные), тропические (тёплые и сухие), бореальные, или массы умеренных широт (прохладные и влажные), и арктические, а в Южном полушарии антарктические (холодные и относительно сухие).
Различие в плотности воздушных масс вызывает нарушения термодинамического равновесия в тропосфере и механическое перемещение (циркуляцию) воздушных масс. Теоретически (без учёта влияния вращения Земли вокруг оси) воздушные потоки от нагретых приэкваториальных широт должны были подниматься вверх и растекаться к полюсам, а оттуда холодный и более тяжёлый воздух возвращался бы в приземном слое к экватору. Но отклоняющее действие вращения планеты (сила Кориолиса) вносит в эту схему существенные поправки. В результате в тропосфере образуется несколько циркуляционных зон или поясов. Для экваториального пояса характерны низкое атмосферное давление, штили, восходящие потоки воздуха, для тропических - высокое давление, ветры с восточной составляющей (пассаты), для умеренных - пониженное давление, западные ветры, для полярных - пониженное давление, ветры с восточной составляющей. Летом (для соответствующего полушария) вся система циркуляции атмосферы смещается к «своему» полюсу, а зимой - к экватору. Поэтому в каждом полушарии образуются три переходных пояса - субэкваториальный, субтропический и субарктический (субантарктический), в которых типы воздушных масс сменяются по сезонам. Благодаря циркуляции атмосферы зональные температурные различия на земной поверхности несколько сглаживаются, однако в Северном полушарии, где площадь суши значительно больше, чем в Южном, максимум теплообеспеченности сдвинут к северу, примерно до 10-20° с.ш. С древнейших времён принято различать на Земле пять тепловых поясов: по два холодных и умеренных и один жаркий. Однако такое деление имеет чисто условный характер, оно крайне схематично и географическое значение его невелико. Континуальный характер изменения температуры воздуха у земной поверхности затрудняет разграничение тепловых поясов. Тем не менее, используя в качестве комплексного индикатора широтно-зональную смену основных типов ландшафтов, можно предложить следующий ряд тепловых поясов, сменяющих друг друга от полюсов к экватору:
1)полярные (арктический и антарктический);
2)субполярные (субарктический и субантарктический);
3)бореальные (холодно-умеренные);
4)суббореальные (тепло-умеренные);
5)предсубтропические;
6)субтропические;
7)тропические;
8)субэкваториальные;
9)экваториальный.
С зональностью циркуляции атмосферы тесно связана зональность влагооборота и увлажнения. В распределении осадков по широте наблюдается своеобразная ритмичность: два максимума (главный - на экваторе и второстепенный в бореальных широтах) и два минимума (в тропических и полярных широтах) (рис. 2). Количество осадков, как известно, ещё не определяет условий увлажнения и влагообеспеченности ландшафтов. Для этого необходимо соотнести количество ежегодно выпадающих атмосферных осадков с тем количеством, которое необходимо для оптимального функционирования природного комплекса. Наилучшим интегральным показателем потребности во влаге служит величина испаряемости, т.е. предельного испарения, теоретически возможного при данных климатических (и прежде всего температурных) условиях. Г.Н. Высоцкий впервые использовал ещё в 1905 г. указанное соотношение для характеристики природных зон Европейской России. Впоследствии Н.Н. Иванов независимо от Г.Н. Высоцкого ввёл в науку показатель, получивший известность как коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова:
К = r / Е,
гдеr - годовая сумма осадков; Е - годовая величина испаряемости1.
На рисунке 2 видно, что широтные изменения осадков и испаряемости не совпадают и в значительной степени имеют даже противоположный характер. В результате на широтной кривой К в каждом полушарии (для суши) выделяются две критические точки, где К переходит через 1. Величина К = 1 соответствует оптимуму атмосферного увлажнения; при К >1 увлажнение становится избыточным, а при К < 1 - недостаточным. Таким образом, на поверхности суши в самом общем виде можно выделить экваториальный пояс избыточного увлажнения, два симметрично расположенных по обе стороны от экватора пояса недостаточного увлажнения в низких и средних широтах и два пояса избыточного увлажнения в высоких широтах (рис. 2). Разумеется, это сильно генерализованная, осреднённая картина, не отражающая, как мы увидим в дальнейшем, постепенных переходов между поясами и существенных долготных различий внутри них.

Рис. 2. Распределение атмосферных осадков, испаряемости

И коэффициент увлажнения по широте на поверхности суши:

1 - средние годовые осадки; 2 - средняя годовая испаряемость;

3 - превышение осадков над испаряемостью; 4 - превышение

Испаряемости над осадками; 5 - коэффициент увлажнения
Интенсивность многих физико-географических процессов зависит от соотношения теплообеспеченности и увлажнения. Однако нетрудно заметить, что широтно-зональные изменения температурных условий и увлажнения имеют разную направленность. Если запасы солнечного тепла в общем нарастают от полюсов к экватору (хотя максимум несколько смещён в тропические широты), то кривая увлажнения имеет резко выраженный волнообразный характер. Не касаясь пока способов количественной оценки соотношения теплообеспеченности и увлажнения, наметим самые общие закономерности изменения этого соотношения по широте. От полюсов примерно до 50-й параллели увеличение теплообеспеченности происходит в условиях постоянного избытка влаги. Далее с приближением к экватору увеличение запасов тепла сопровождается прогрессирующим усилением сухости, что приводит к частой смене ландшафтных зон, наибольшему разнообразию и контрастности ландшафтов. И лишь в относительно неширокой полосе по обе стороны от экватора наблюдается сочетание больших запасов тепла с обильным увлажнением.
Для оценки влияния климата на зональность других компонентов ландшафта и природного комплекса в целом важно учитывать не только средние годовые величины показателей тепло- и влагообеспеченности, но и их режим, т.е. внутригодовые изменения. Так, для умеренных широт характерна сезонная контрастность термических условий при относительно равномерном внутригодовом распределении осадков; в субэкваториальном поясе при небольших сезонных различиях в температурных условиях резко выражен контраст между сухим и влажным сезонами и т.д.
Климатическая зональность находит отражение во всех других географических явлениях - в процессах стока и гидрологическом режиме, в процессах заболачивания и формирования грунтовых вод, образования коры выветривания и почв, в миграции химических элементов, а также в органическом мире. Зональность отчётливо проявляется и в поверхностной толще Мирового океана. Особенно яркое, в известной степени интегральное выражение географическая зональность находит в растительном покрове и почвах.
Отдельно следует сказать о зональности рельефа и геологического фундамента ландшафта. В литературе можно встретить высказывания, будто эти компоненты не подчиняются закону зональности, т.е. азональны. Прежде всего надо заметить, что делить географические компоненты на зональные и азональные неправомерно, ибо в каждом из них, как мы увидим, проявляются влияния как зональных, так и азональных закономерностей. Рельеф земной поверхности формируется под воздействием так называемых эндогенных и экзогенных факторов. К первым относятся тектонические движения и вулканизм, имеющие азональную природу и создающие морфоструктурные черты рельефа. Экзогенные факторы связаны с прямым или косвенным участием солнечной энергии и атмосферной влаги и создаваемые ими скульптурные формы рельефа распределяются на Земле зонально. Достаточно напомнить о специфических формах ледникового рельефа Арктики и Антарктики, термокарстовых впадинах и буграх пучения Субарктики, оврагах, балках и просадочных западинах степной зоны, эоловых формах и бессточных солончаковых впадинах пустыни и т.д. В лесных ландшафтах мощный растительный покров сдерживает развитие эрозии и обусловливает преобладание «мягкого» слаборасчленённого рельефа. Интенсивность экзогенных геоморфологических процессов, например эрозии, дефляции, карстообразования, существенно зависит от широтно-зональных условий.
В строении земной коры также сочетаются азональные и зональные черты. Если изверженные породы имеют безусловно азональное происхождение, то осадочная толща формируется под непосредственным влиянием климата, жизнедеятельности организмов, почвообразования и не может не носить на себе печати зональности.
На всём протяжении геологической истории осадкообразование (литогенез) неодинаково протекало в разных зонах. В Арктике и Антарктике, например, накапливался несортированный обломочный материал (морена), в тайге - торф, в пустынях - обломочные породы и соли. Для каждой конкретной геологической эпохи можно восстановить картину зон того времени, и каждой зоне будут присущи свои типы осадочных пород. Однако на протяжении геологической истории система ландшафтных зон претерпевала неоднократные изменения. Таким образом, на современную геологическую карту наложились результаты литогенеза всех геологических периодов, когда зоны были совсем не такие, как сейчас. Отсюда внешняя пестрота этой карты и отсутствие видимых географических закономерностей.
Из сказанного следует, что зональность нельзя рассматривать как некий простой отпечаток современного климата в земном пространстве. По существу, ландшафтные зоны - это пространственно-временные образования, они имеют свой возраст, свою историю и изменчивы как во времени, так и в пространстве. Современная ландшафтная структура эпигеосферы складывалась в основном в кайнозое. Наибольшей древностью отличается экваториальная зона, по мере удаления к полюсам зональность испытывает всё большую изменчивость, и возраст современных зон уменьшается.
Последняя существенная перестройка мировой системы зональности, захватившая в основном высокие и умеренные широты, связана с материковыми оледенениями четвертичного периода. Колебательные смещения зон продолжаются здесь и в послеледниковое время. В частности, за последние тысячелетия был, по крайней мере, один период, когда таёжная зона местами продвинулась до северной окраины Евразии. Зона тундры в современных границах возникла лишь вслед за последующим отступанием тайги к югу. Причины подобных изменений положения зон связаны с ритмами космического происхождения.
Действие закона зональности наиболее полно сказывается в сравнительно тонком контактном слое эпигеосферы, т.е. в собственно ландшафтной сфере. По мере удаления от поверхности суши и океана к внешним границам эпигеосферы влияние зональности ослабевает, но не исчезает окончательно. Косвенные проявления зональности наблюдаются на больших глубинах в литосфере, практически во всей стратосфере, т.е. толще осадочных пород, о связи которых с зональностью уже говорилось. Зональные различия в свойствах артезианских вод, их температуре, минерализации, химическом составе прослеживаются до глубины 1000 м и более; горизонт пресных подземных вод в зонах избыточного и достаточного увлажнения может достигать мощности 200-300 и даже 500 м, тогда как в аридных зонах мощность этого горизонта незначительна или он вовсе отсутствует. На океаническом ложе зональность косвенно проявляется в характере донных илов, имеющих преимущественно органическое происхождение. Можно считать, что закон зональности распространяется на всю тропосферу, поскольку её важнейшие свойства формируются под воздействием субаэральной поверхности континентов и Мирового океана.
В отечественной географии долгое время недооценивалось значение закона зональности для жизни человека и общественного производства. Суждения В.В. Докучаева на эту тему расценивались как преувеличение и проявление географического детерминизма. Территориальной дифференциации народонаселения и хозяйства присущи свои закономерности, которые не могут быть полностью сведены к действию природных факторов. Однако отрицать влияние последних на процессы, происходящие в человеческом обществе, было бы грубой методологической ошибкой, чреватой серьёзными социально-экономическими последствиями, в чём нас убеждает весь исторический опыт и современная действительность.
Закон зональности находит своё наиболее полное, комплексное выражение в зональной ландшафтной структуре Земли, т.е. в существовании системы ландшафтных зон. Систему ландшафтных зон не следует представлять себе в виде серии геометрически правильных сплошных полос. Ещё В.В. Докучаев не мыслил себе зоны как идеальной формы пояса, строго разграниченные по параллелям. Он подчёркивал, что природа - не математика, и зональность - это лишь схема или закон. По мере дальнейшего исследования ландшафтных зон обнаружилось, что некоторые из них разорваны, одни зоны (например зона широколиственных лесов) развиты только в периферических частях материков, другие (пустыни, степи), напротив, тяготеют к внутриконтинентальным районам; границы зон в большей или меньшей мере отклоняются от параллелей и местами приобретают направление, близкое к меридиональному; в горах широтные зоны как будто исчезают и замещаются высотными поясами. Подобные факты дали повод в 30-е гг. XX в. некоторым географам утверждать, будто широтная зональность - это вовсе не всеобщий закон, а лишь частный случай, характерный для больших равнин, и что её научное и практическое значение преувеличено.
В действительности же различного рода нарушения зональности не опровергают её универсального значения, а лишь говорят о том, что она проявляется неодинаково в различных условиях. Всякий природный закон по-разному действует в различных условиях. Это касается и таких простейших физических констант, как точка замерзания воды или величина ускорения силы тяжести. Они не нарушаются только в условиях лабораторного эксперимента. В эпигеосфере одновременно действует множество природных законов. Факты, на первый взгляд не укладывающиеся в теоретическую модель зональности с её строго широтными сплошными зонами, свидетельствуют о том, что зональность - не единственная географическая закономерность и только ею невозможно объяснить всю сложную природу территориальной физико-географической дифференциации.