Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

На тему: "Предмет, содержание и задачи ландшафтоведения. Геосистемы, их свойства и компоненты"

Ландшафтоведение - это быстроразвивающаяся научная дисциплина, составляющая важнейший раздел современной географии. Объект исследования ландшафтоведения неразрывно связан с объектом исследований современной физической географии, коим является географическая оболочка Земли, ее состав, строение, законы развития и территориального расчленения. Под географической оболочкой Земли понимают сложное образование, в пределах которого взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, приповерхностные толщи литосферы, гидросфера и биосферы. Зона контакта этих сфер оказалось в фокусе взаимодействия Земли и космоса. В географической оболочке протекает комплекс важнейших процессов:

- световая коротковолновая энергия Солнца трансформируется в тепловую длинноволновую;

- сталкиваются и взаимодействуют потоки вещества и энергии, идущие из недр Земли и из космоса;

- вещество в географической оболочке одновременно находится в трех состояниях - твердом, жидком и газообразном.

В географической оболочке возникла жизнь, и само современное вещественно-энергетическое состояние географической оболочки в значительной степени определено жизнью.

Компонентами географической оболочки являются воздух, вода, горные породы, живое вещество (растения и животные). Географическая оболочка отличается большим разнообразием условий, что связано с интенсивным взаимодействием в ней образований разного вещественного состава и происхождения - неорганического (косного), органического (живые организмы) и органо-минерального (биокосного).

Основным свойством географической оболочки, возникшим в результате длительного периода ее формирования, является ее целостность. Целостность географической оболочки обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями, (круговоротом вещества и связанной с ним энергии), обеспечивающим многократнорсть одних и тех же процессов и явлений и их суммарную высокую эффективность. Все компоненты географической оболочки настолько тесно связаны друг с другом, что изменение одного из них приводит к изменению системы в целом. Это касается как всей географической оболочки, так и составляющих ее частей. географический ландшафтный оболочка территориальный

Географическая оболочка характеризуется сочетанием двух важнейших качеств - непрерывности (континуальности) и прерывистости (дискретности). Под непрерывностью понимают взаимосвязанность компонентов географической оболочки, постепенность изменения в пространстве и во времени свойств как самой географической оболочки, так и ее компонентов, беспредельную делимость отдельных ее частей. Непрерывность географической оболочки выражается в сплошности ее пространственного распространения, взаимопроникновении составляющих ее компонентов, потоков вещества и энергии, т.е. в круговоротах. Дискретность географической оболочки проявляется в четкости границ составляющих ее частей и скачкообразности изменения их вещественно-энергетических характеристик, в изолированности и раздельности (структурированности) отдельных частей оболочки, ее региональных структур (Преображенский В.С., 1984). Дискретность выражается как по вертикали - географическая оболочка имеет ярусное строение и составляющие ее геосферы располагаются в соответствии с плотностью слагающего вещества, так и по горизонтали (по латерали) - географическая оболочка подразделяется на природно-территориальные комплексы различного ранга.

В различных сферах и регионах эти основные качества географической оболочки проявляются по-разному. С подъемом в верхние слои тропосферы и стратосферы зональные различия стираются и условия становятся однородными. Очень постепенно меняются природные условия в пределах обширных равнинных пространств на суше и еще более однородны условия в морской среде. Постепенность этих изменений является проявлением континуальности географической оболочки. Резкая вертикальная дифференциация природных условий в горах, неповторимое своеобразие отдельных регионов, обусловленное спецификой их исторического развития, являются проявлением дискретности географической оболочки.

Границы географической оболочки проводятся разными учеными по-разному. Одни считают, что границы географической оболочки очерчивают пределы распространения жизни на Земле. При таком подходе географическая оболочка территориально совпадает с биосферой, что не совсем верно, ибо географическая оболочка старше биосферы и сформировалась в добиологический этап развития Земли. Иногда верхнюю границу географической оболочки проводят по верхней границе тропопаузы, а нижнюю - по подошве земной коры ( по поверхности Мохоровичича). При таком подходе мощность географической оболочки достигает 75 км на суше и 24 км в океанах. С.В. Колесник, чье выделение границ географической оболочки наиболее признано, проводит верхнюю границу по тропопаузе, так как до этого рубежа сказывается влияние теплового воздействия земной поверхности на атмосферные процессы, а нижнюю границу географической оболочки - по нижней границе зоны гипергенеза - зоны преобразования литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Это часть литосферы, в пределах которой реально сказывается воздействие экзогенных (внешних) факторов преобразования вещества литосферы. Мощность этой области невелика, в отдельных местах достигает 500-800 м. Таким образом, мощность географической оболочки, согласно точки зрения С.В. Колесника, составляет около 40 км.

В пределах географической оболочки Ф.Н. Мильковым была выделена ландшафтная оболочка. Это небольшая по мощности приповерхностная сфера включает кору выветривания, почвы, растительность, животный мир, приземные слои воздуха, поверхностные и грунтовые воды суши. В ней находится биологический фокус Земли (по В.И. Вернадскому) - сфера наибольшей плотности жизни на суше и на море. Мощность ландшафтной сферы составляет в зоне тундр всего 5-10 м, а в тропической зоне - 100-150 м. Такое различие в мощности определяется степенью развития коры выветривания и высотой деревьев.

В ландшафтной оболочке наиболее активно развиваются геодинамические процессы преобразования поверхности Земли: эрозия, плоскостной смыв, экзарация, эоловая деятельность, оползни, просадки грунта, береговая абразия, карст и др.

Ландшафтную оболочку выделяют только на поверхности суши, т.е. она имеет прерывистый характер, Поверхностный слой океанов имеет существенные различия в характере границ, в составе компонентов, в особенностях пространственной дифференциации и его не включают в ландшафтную сферу.

Ландшафтная оболочка является областью формирования и развития ландшафтов суши - конкретных участков земной поверхности ограниченных природными рубежами и характеризующихся территориальной целостностью, генетическим единством и однородностью основных компонентов.

Ландшафтная оболочка образовалась после возникновения жизни на Земле, т.е. она моложе географической оболочки. В ней сформировалось человеческое общество, сосредоточена большая часть природных ресурсов, необходимых для жизни человека. За историческое время ландшафтная сфера сильно изменилась под воздействием человека, ибо здесь сосредоточены области наивысшей хозяйственной активности населения Земли, и проходят потоки воздействия человека на другие сферы, входящие в географическую оболочку - как вверх - в тропосферу, так и вниз - к нижней границе распространения осадочных пород (Мильков Ф.Н. 1978).

Итак, если географическая оболочка является объектом изучения общей физической географии, то часть географической оболочки - ландшафтная сфера и составляющие ее индивидуальные природные комплексы являются объектом исследования ландшафтоведения.

Для обозначения составляющих ландшафтную сферу индивидуальных территориальных единиц в географии существует несколько понятий - это природный территориальный комплекс, геосистема и ландшафт.

Природный территориальный комплекс (ПТК) - это основное понятие физической географии. Под ПТК понимают пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое. ПТК образуют единую неразрывную систему территориальных единиц разных уровней - от географической оболочки до фации.

В 1963 году В.Б. Сочава, ввиду громоздкости термина ПТК, предложил заменить его термином геосистема. Но его использование требует некоторых оговорок, так как система и комплекс понятия в научной литературе неоднозначные, хотя греческое слово "система" в переводе на латинский язык и звучит как "комплекс".

Понятие "система" является более общим, всеобъемлющим, а "комплекс" - это особая категория систем. Система может состоять из двух и более объектов, которые могут образовывать любые связи. Примером системы может быть озеро и его водосборный бассейн, это же озеро и окружающая его растительность могут образовывать другую систему и т.д.

Комплекс представляет собой строго определенный набор взаимосвязанных блоков (компонентов), число их не бесконечно, отсутствие одного обязательного блока приводит к разрушению всего комплекса. Все составляющие комплекс элементы находятся в генетической связи, взаимообусловлены и характер каждого определен совокупностью других компонентов.

Поэтому, рассматривая геосистему как систему особого класса, высокого уровня организации со сложной структурой и отношениями взаимной обусловленности между компонентами, подчиненными общим закономерностям, можно ставить знак равенства между геосистемой и природным территориальным комплексом.

Геосистемы являются целостностностями разной сложности. Географическая оболочка - это геосистема, ландшафтная сфера - это геосистема, ландшафт - геосистема, урочище - геосистема и т.д. Таким образом, геосистемы характеризуются иерархичностью. Поэтому в отличие от других систем, например в биологии, где среда для системы (организма) - это окружающая среда, для любой геосистемы - среда - это геосистема более высокого ранга. Геосистемы подразделяются на планетарные (географическая оболочка), региональные и локальные. Региональные геосистемы - это сложные по строению структурные подразделения: ландшафтные зоны, сектора, страны, провинции. Локальными геосистемами являются составные части региональных геосистем: ландшафты, урочища и фации

Ландшафт. Слово "ландшафт", давшее название целой отрасли географической науки, первоначально употреблялось для обозначения общей идеи о взаимосвязанном сочетании различных явлений на земной поверхности и долгое время не имело однозначного научного толкования. В настоящее время существует два варианта определения и соответственно два подхода к понятию ландшафта: 1) в широком смысле ландшафт является синонимом природного территориального комплекса т.е. является безранговой единицей, которая может рассматриваться как в региональном плане в качестве основы выделения разных единиц физико-географического районирования, так и в типологическом, как совокупность природных участков, сходных по своим морфологическим и функциональным особенностям (таежный ландшафт, болотный ландшафт и т.д.); 2) в узком смысле ландшафт - это конкретная территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипными рельефом, климатом , единообразным сочетанием почв, биоценозов и определенной структурой, т.е. закономерным сочетанием составляющих его морфологических частей - местностей, урочищ и фаций.

Таким образом, ландшафтоведение - это раздел физической географии, предметом исследований которого является изучение геосистем регионального и локального уровней как структурных частей географической оболочки (Исаченко, 1992).

Методические подходы в ландшафтно-геохимических исследованиях. Большинство природных ландшафтов относится к биокосным системам, в которых живые организмы и неорганическая материя тесно между собой связаны и взаимообусловлены. По степени сложности выделяется несколько уровней организации биокосных систем. К низшему “доландшафтному уровню” относятся биокосные природные тела -- подсистемы ландшафта: почвы, коры выветривания, континентальные отложения, поверхностные и грунтовые воды, приземная атмосфера, являющиеся предметом изучения самостоятельных наук. Взаимодействие этих тел создает новое качество, новую систему -- ландшафт. “Ландшафт” -- такое же фундаментальное понятие, как химический элемент, живой организм, почва, минерал. Природный ландшафт -- это сложная неравновесная динамическая система земной поверхности, в которой происходит взаимодействие и взаимопроникновение элементов лито-, гидро- и атмосферы. К “надландшафтным” уровням организации относятся биосфера Земли в целом, Мировой океан и др.

Деятельность человечества привела к преобразованию природных ландшафтов в техногенные (культурные, антропогенные). Они относятся к более сложному уровню организации со своей иерархией систем (техногенные почвы и грунтовые воды, техногенные ландшафты, ноосфера).

Первый -- изучение процессов миграции химических элементов в различных ландшафтах, в том числе и в техногенных.

Второй подход -- системный, исследование типов элементарных и геохимических ландшафтов биосферы и ноосферы в целом, особенностей поведения парагенных ассоциаций элементов в лесных, степных, тундровых и других современных природных ландшафтах, а также в ландшафтах прошлых геологических эпох, закономерности размещения геохимических ландшафтов -- их география и картография.

Третий подход-- геохимия отдельных элементов, в котором объектом исследования является конкретный химический элемент, его поведение в разных процессах и системах -- природных и техногенных геохимических ландшафтах, биосфере и ноосфере.

Стремление получить целостное представление о миграции и концентрации химических элементов в ландшафте определяет роль и значение для теории и методологии геохимии ланшафта системного подхода, общей теории систем* *Становление общей теории систем как самостоятельной отрасли науки произошло в 40--60-х годах и связано с трудами Л. Берталанфи, С. Бира, А. Ляпунова, У.Р. Эшби и др. Одним из ранних исследователей в этой области был русский ученый А.А. Богданов, разработавший всеобщую организационную науку “тектологию” -- предтечу современной теории систем. В этом она сходна с такими науками, как экология, биогеоценология, общее ландшафтоведение, где важное значение приобрели такие понятия, как система, структура, прямая и обратная связь, дифференциация, интеграция.

Геосистемы обладают как общими для систем всех видов, так и специфическими свойствами, присущими только географическим системам. Важнейшим свойством геосистемы, отличающим ее от других систем является территориальность. Это свойство означает, что геосистемы выявляются на определенной территории и на их особенности влияют площадь, конфигурация и другие территориальные характеристики.

Общие для всех систем свойства и понятия можно подразделить на две группы: понятия, связанные с внутренним строением систем (элемент, компонент, целостность, структура, устойчивость, динамика, развитие, генезис) и понятия, определяющие ее функционирование.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие внутреннее строение геосистемы.

Элемент геосистемы - отдельный материальный объект, изолированный, измеряемый, неделимый рамках географических исследований.

Компонент геосистемы - материальный объект, складывающий из многих изолированных элементов. Может быть охарактеризован в отношении размера, объема, содержания и может быть величиной разного порядка. Для геосистем компонентами являются почва, растительность, животный мир, воздушные массы, массы твердой земной коры, массы гидросферы. Но все эти компоненты - это также целостные сложные образования, характеризующиеся определенной автономностью и структурной неоднородностью. Например, почва - компонент геосистемы и, в то же время, сложная природная система, состоящая из сочетания органических, неорганических и органо-минеральных соединений.

Целостность геосистемы - ее внутреннее единство, определенная независимость от окружающей среды. Это качество геосистемы возникает в результате взаимодействия и взаимообусловленности ее компонентов. Целостность проявляется:

а) в относительной автономности и устойчивости геосистем к внешним воздействиям;

б) в наличии объективных границ;

в) в упорядоченности структуры;

г) в большой тесноте внутренних связей по сравнению с внешними.

Целостность геосистемы требует при ее изучении не только характеристики отдельных элементов и компонентов, но и всех взаимосвязей в геосистеме. Целостность геосистемы определяет реакцию всех компонентов геосистемы при воздействии, в том числе и антропогенном, на любой ее компонент. Важной характеристикой систем является их структура, т.е. совокупность составных частей и способ связи между ними. В определении географии как науки нередко подчеркивается, что это наука о связях между телами и явлениями на земной поверхности (или в земной коре в целом). По совершенству связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы.

Под структурой геосистемы понимают пространственно-временную организацию (упорядоченность или взаимное расположение) компонентов или отдельных структурных частей (подсистем) геосистемы. Структура может быть вертикальной или латеральной. В первом случае мы имеем ярусное расположение компонентов и вертикальные межкомпонентные способы соединения. Во втором - соседствование составляющих подсистем с горизонтальными межсистемными соединениями. Связи в обоих случаях осуществляются путем передачи вещества и энергии. Примером вертикальных системообразующих потоков может быть кругооборот воды: выпадение осадков - фильтрация в почву и грунтовые воды - поднятие водных растворов по капиллярам - испарение - или всасывание водных растворов корнями - транспирация.

Проявлениями латеральных системообразующих потоков являются водный и твердый сток, стекание холодного воздуха по склонам в долинах, миграция элементов в виде растворов с водораздельных поверхностей в понижения.

Упорядоченность в структуре геосистем проявляется не только в пространстве, но и во времени. Например, снежный покров или зеленая масса растений - это зимний и летний временной аспект одной и той же геосистемы умеренной зоны. Таким образом, в понятие структуры геосистемы включают набор ее состояний, меняющихся в пределах времени выявления геосистемы, Все пространственные и временные состояния геосистемы составляют ее инвариант.

Структура геосистемы характеризуется устойчивостью по отношению к внешним воздействиям, т.е. способностью сохраняться при изменении внешних условий. Устойчивость геосистемы определяется наличием пластичности. Это свойство выработано в процессе эволюционного развития и наиболее присуще растительности. Растительные реликты встречаются на одних и тех же территориях десятки тысяч лет, несмотря на то, что физико-географические условия изменились. Например, на Русской равнине в отдельных местах сохранились растения, произраставшие еще в доледниковый период, на Таймыре, среди тундры, сохранилась знаменитая лиственничная роща (Ары-Мас), в Якутии - фрагменты луговых степей - свидетелей более теплых и более сухих условий.

Устойчивости геосистем определяется способностью к саморегулированию - восстановлению исходного состояния геосистемы после прекращения внешнего воздействия. Восстанавливаться геосистема способна при условии, если внешнее воздействие не нарушило ее структуру и взаимосвязи между компонентами. В последнем случае говорят о деградации геосистемы. Саморегулирование геосистем возможно потому что геосистемы состоят из компонентов и (или) подсистем, связанных обратной связью.

Под динамикой геосистемы понимают такие ее изменения, которые имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры, т.е. изменения, которые происходят в пределах одного инварианта (восстановление леса после вырубок, зарастание песчаных отмелей).

Генезис геосистемы определяется происхождением ее структуры и взаимосвязей между компонентами и подсистемами. Процесс формирования этих взаимосвязей очень длительный, например требуются тысячелетия, чтобы сформировались взаимосвязи между почвами и растительностью.

Современная геосистема формируется на месте предшествующей в результате длительного этапа развития, который приводит к коренной перестройке структуры и появлению новой геосистемы. Направление развития определяется общей тенденцией эволюции. Эволюция может быть спонтанной (саморазвитие) или быть обусловлена внешними по отношению к данной геосистеме факторами. Примером саморазвития может быть превращение озера в болото в результате зарастания его водной растительностью.

В целом саморазвитие геосистем происходит в рамках, ограниченных внешними условиями. Это значит, что при современном климате леса не займут территории степей, а степи не захватят территорию пустынь

Примером влияние на происхождение ландшафтов изменений внешних условий являются ландшафты Среднерусской возвышенности. В ледниковый период основная часть территории Среднерусской возвышенности не перекрывалась ледником, и здесь сохранялись ландшафты «холодной лесостепи», представлявшие собой чередование открытых пространств и участков леса, состоявшего из лиственницы, сосны и березы. Впоследствии, в связи с изменением климата изменилась и лесостепь - сформировался ландшафт, в пределах которого дубравы чередуются с луговыми степями.

Выделяют несколько типов развития геосистем:

1 - равновесный режим, когда в геосистеме преобладают устойчивые связи, не испытывающие большой нагрузки и поддерживающие систему в относительно неизменном состоянии.

2 - периодический режим, когда геосистема находится в колебательном (маятниковом) состоянии. Происходит периодическая смена состояний геосистемы, но в пределах одного инварианта. При таком колебательном режиме максимальную нагрузку испытывают связи саморегуляции, периодически возвращающие систему в исходное состояние.

3 - переходный режим, при котором геосистема переходит из одного равновесного состояния в другое. Этот режим свидетельствует о постепенном изменении устойчивых взаимосвязей (эффект скачка).

4 - тренд - направленное развитие. При таком развитии резко возрастает роль прямых связей, характерных для однонаправленного движения, что приводит к прогрессирующему накоплению тех или иных веществ, элементов.

Важная особенность ландшафта, вытекающая из системного подхода, -- соответствие различных его компонентов друг другу, которое называется когерентностью. В природных ландшафтах важнейшим фактором когерентности является биологический круговорот атомов (сокращенно -- бик), который связывает между собой все компоненты ландшафта и существенно видоизменяет их. Поэтому чем интенсивнее бик, тем больше когерентность ландшафта. Высокая степень когерентности характерна, например, для гумидных равнин, где растительность находится в полном соответствии с особенностями почв и вод. В ландшафтоведении это явление нередко обозначалось как «состояние равновесия в ландшафте». Однако ландшафт является принципиально неравновесной системой. Это связано с непрерывным поступлением в ландшафт солнечной энергии и ее трансформацией в энергию геохимических процессов. Неравновесность характерна и для механических процессов, о чем свидетельствуют постоянно текущие реки, ветры, несущие песок и пыль, многие другие явления. Поэтому трактуемое в трудах по географии “равновесие в ландшафте” в подавляющем большинстве случаев обозначает иное явление -- стационарность ландшафта.

Наряду с высококогерентными ландшафтами имеются ландшафты с крайне низкой когерентностью, к которым относятся, например, многие пустыни. Действительно, состав почв здесь может быть слабо связан с деятельностью растительности и больше зависеть от состава горных пород. Воды в пустынях также слабо зависят от процессов разложения органических веществ, их состав больше подчиняется закономерностям растворения, ионного обмена, испарения.

Помимо бика, когерентность зависит и от других факторов, например от рельефа. Так, при прочих равных условиях горные ландшафты менее когерентны, чем равнинные. Играет роль и геологическое строение, причем не только состав горных пород, но и структурный фактор (разломы и др.). Например, ландшафты на гранитоидах и известняках, соприкасающихся по тектоническому контакту, будут менее когерентными, чем ландшафты только на известняках или только на гранитоидах.

Понятие о когерентности применимо и к анализу антропогенных (техногенных) ландшафтов. По сравнению с природными ландшафтами в одних случаях в них когерентность резко возрастает, например, при превращении пустыни в оазис, в других -- резко уменьшается. Последнее, в частности, находит выражение в загрязнении окружающей среды, а в ряде случаев и в резко деструктивной эволюции ландшафта (сильная эрозия, пыльные бури и др.). Отсюда ясна важность понятия о когерентности для антропогенного ландшафтоведения и геохимии техногенных ландшафтов.

С когерентностью во многом связана самоорганизация ландшафтов -- тот механизм обратных связей миграции атомов, который определяет целостность и качественное своеобразие ландшафта, существование в нем саморегулирования. В ландшафте процессы самоорганизации определяют устойчивость, постоянство структуры и функций, их сохранение при изменении внешних условий. Последнее получило наименование “относительной самостоятельности ландшафта”. Изучение самоорганизации ландшафтов важно не только в теоретическом отношении, но и для решения экологических задач.

Огромную роль в геосистемах играют многочисленные и многообразные связи между компонентами, которые определяют ее целостность и устойчивость. Все существующие в геосистеме связи принято подразделять на прямые или обратные, положительные или отрицательные. Прямая связь предполагает только воздействие комопонента А на компонент В К прямым связям относится влияние солнечной энергии на Землю (обратным влиянием Земли на Солнце можно пренебречь), почвенных процессов на формирование коры выветривания, грунтовых вод на питание рек, отработки месторождений полезных ископаемых на потребление элементов в промышленности и т.д.

Обратная связь характеризуется как воздействие управляемого процесса на управляющий орган (или влияние выходного сигнала системы на ее рабочие параметры). В результате обратной связи происходит взаимодействие тел, когда не только А влияет на Б, но и Б на А: А Б. Эти связи также характерны для ландшафтов. Благодаря обратной связи, приходящий извне импульс, проходя через систему, приводит к цикличности воздействия. При этом отрицательная обратная связь вызывает замкнутый контур изменений, ослабляет воздействие и создает динамическое равновесие, а положительная обратная связь усиливает эффект импульса, поступившего извне, выводя систему из равновесия.

К обратным связям относится взаимодействие почва -- растение, растения -- животные, промышленность -- сельское хозяйство и т.д. Обратная связь положительна, если результат процесса усиливает его, система развивается и уходит от исходного состояния. Примером служит засоление почв, при котором каждая новая порция соли, поступившая в почву из грунтовых вод, ухудшает условия жизни растений, способствует изрежению растительного покрова и благоприятствует испарению с поверхности почвы, т.е. усилению засоления. При зарастании озер также наблюдается положительная обратная связь: отмирающие ежегодно растения служат материалом для образования сапропеля, в результате глубина озера уменьшается и зарастание увеличивается, озеро превращается в болото. При отрицательной обратной связи результат процесса ослабляет его действие и способствует стабилизации системы, восстановлению исходного состояния. Так, увеличение биопродуктивности ландшафта приводит к увеличению продуктов разложения растительных остатков -- гумусовых кислот, которые выщелачивают из почвы питательные вещества, ухудшая тем самым условия жизни растений, что способствует уменьшению растительной массы. Благодаря отрицательной обратной связи осуществляется саморегулирование ландшафта: всякое отклонение от устойчивого стационарного состояния вызывает в ландшафте изменения, уменьшающие это отклонение. В этом находит проявление “обобщенный принцип Ле-Шателье”, согласно которому всякая стационарная система стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия (формулировка А.Л. Тахтаджяна).

Среди многочисленных связей в ландшафте большое значение имеют связи взаимодействия и развития.

Связи взаимодействия представлены в геосистемах связями между объектами: растительностью и животными, растительностью и почвами, климатом и водами и т.д. При антропогенном воздействии возникают новые связи, связи преобразования (промышленное предприятие - загрязнение воздуха, земледелие - загрязнение воды), когда в результате взаимодействия двух или нескольких объектов последние изменяются, переходя в новое состояние. Так, между фермой и ближайшим озером может сложится следующая взаимосвязь: вода озера используется для питья животных. а в водоем попадают стоки фермы. При отсутствии очистки вода загрязняется и озеро переходит в состояние эвтрофированного водоема, вода которого не пригодна. И при ее использовании начнется гибель животных.

Связи развития определяются общей тенденцией эволюции, которая может быть спонтанной или обусловленной внешними по отношению к данной системе факторами.

В геосистемах постоянно происходят многочисленные и разнообразные процессы перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества и информации, поступающих извне. Эти процессы объединяют общим понятием - функционирование геосистемы. Функционирование слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического кругооборота, биологического метаболизма механического перемещения материала под действием силы тяжести и осуществляется по законам механики, химии и биологии, т.е. любая геосистема - это сложная физико-химико - биологическая система.

Функционирование геосистемы проявляется в цикличности протекания основных процессов, связанной с цикличностью поступления солнечной энергии - основного энергетического источника функционирования геосистемы. При этом каждый компонент геосистемы обладает определенной инертностью - отставанием ответных реакций на внешние изменения. Так, кривая годового хода температур сдвинута по сравнению с кривой годового хода суммарной радиации. ( в тайге северо-западной части Русской равнины наибольшие значения солнечной радиации наблюдаются в июне, наибольшая температура воздуха - в июле, наибольшая температура нижних горизонтов почвы - в сентябре. В Приангарье, где под покровом пихтового леса теплообмен еще более затруднен, при наибольших значениях солнечной радиации наблюдаются наименьшие значения температур нижних горизонтов почвы).

Годовая цикличность поступления солнечной радиации проявляется в некоторых геосистемах в определенных изменениях вертикальной структуры, когда летний и зимний варианты этой структуры сильно отличаются.

Кроме годовой существует суточная цикличность функционирования, связанная со сменой дня и ночи, которые сопровождаются колебаниями освещенности, температуры, влажности воздуха. Это приводит к пульсации вертикальных (конвекционных) и латеральных потоков и связанных с ними процессов ( горно- долинным ветрам, изменениям процессов фотосинтеза, суточному ходу процессов замерзания-протаивания и т.д.).

На годичный цикл накладываются многолетние циклы, имеющие разные причины. Наиболее отчетливо в особенностях функционирования геосистем прослеживаются колебания климата (потепление - похолодание, аридизация - гумидизация). Так, некоторое потепление климата начала ХХ веков привело к более раннему (на 8-12 суток) наступлению всех фенологических явлений в геосистемах Западной Европы и Русской равнины. Чередование более сухих и более влажных периодов привели в семиаридных районах (в частности в Забайкалье) при увлажнении к трансгрессии озер, активизации родников и мерзлотно-наледных условий, усилению роли мезофильного разнотравья в типичных пижмовых и вострецовых сообществах. Наоборот, в более сухие эпохи наблюдалось наступление более конкурентоспособных ковыльных сообществ.

Изменения, происходящие в ландшафте, принято подразделять на обратимые и необратимые.

Обратимые изменения - это сезонные смены аспектов, которые ничего нового не вносят в установившийся порядок вещей. Они не приводят к развивающемуся процессу, а создают лишь сезонную ритмику функционирования ландшафта.

При необратимых изменениях возврата к прежнему состоянию не происходит: изменения идут в одну сторону и в определенном направлении. Необратимые изменения ландшафтов следует рассматривать как их развитие. В результате необратимых изменений в компонентах ландшафта, его структура претерпевает перестройку, возникает новая структура и новый ландшафт, содержащий в себе элементы прежнего.

В общей теории систем выделяются “централизованные системы”, для которых характерен “структурный центр”, играющий ведущую роль в данной системе (например, Солнце в солнечной системе). Структурный центр определяет связи, единство и управление в системе. К централизованным природным системам относятся высшие животные (центр -- мозг), атом (ядро), клетка (ядро). Возможны бицентрические и полицентрические системы. Большинство ландшафтов относится к централизованным системам. В природном ландшафте центром часто служат почвы и растительность водораздельных участков (“водораздельный центр”), определяющие многие геохимические особенности ландшафтов более низких гипсометрических уровней. Техногенные ландшафты, как правило, полицентричны: наряду с “водораздельным центром” функции центра выполняют источники техногенного воздействия, система управления городом, предприятием, фермой и т.д. Понятия о ландшафтно-геохимической системе и структуре являются фундаментальными в геохимии ландшафта.

Связи между частями ландшафта осуществляются в процессе миграции вещества, энергии и передачи информации. Поэтому системы изучаются на вещественно-энергетическом и информационном уровне. При изучении ландшафтов информационные связи рассматривались всегда, например, когда утверждалось, что глинистая пустыня однообразна, а природа влажных тропиков исключительно разнообразна, по существу речь идет о том, что в пустынях количество информации меньше, чем в тропиках.

Информационные процессы протекают во всех ландшафтах, но проявляются они неодинаково. В более простых случаях имеет место только сбор, хранение, передача и выдача информации, а в более сложных -- и ее переработка. Воздействие циркулирующей информации на поведение системы называется управлением (А.А. Ляпунов). Огромную роль управление играет в техногенных ландшафтах, которые являются управляемыми системами, меньшую -- в природных ландшафтах. В некоторых из них, например, в абиогенных ландшафтах, возможно, управление отсутствует.

Таким образом, при изучении геохимии ландшафтов необходимо выявлять:

- прямые и обратные связи (положительные и отрицательные),

- анализировать самоорганизацию и саморегуляцию ландшафтов,

- оценивать целостность, упорядоченность, централизацию и другие информационные показатели.

Характерной особенностью больших систем, к числу которых принадлежит ландшафт, является огромное число случайных факторов, влияющих на их развитие (“капризы погоды” и т.д.). В связи с этим многие процессы в ландшафте носят вероятностный характер, что определяет большую роль теории вероятности в их исследовании. С другой стороны, в этой сложной системе имеется и немало детерминированных процессов.

Размещено на Allbest.ru