Інформаційна модель ґрунту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський національний університет імені Івана Франка

Кафедра грунтознавства і географії грунтів

ІНФОРМАЦІЙНА МОДЕЛЬ ҐРУНТУ

Ямелинець Тарас Степанович професор

Позняк Степан Павлович професор

Паньків Зіновій Павлович професор

Бонішко Оксана Станіславівна доцент

Анотація

Встановлено, що ґрунт, як самостійне природно-історичне тіло містить інформацію в різних формах про стадії свого розвитку і формує так звану внутрішню інформаційну модель, яка є цілісною багатоступінчастою організованою інформаційною системою. Запропонована вдосконалена і модифікована класифікація ґрунтової інформації, яка за своєю природою ділиться на два класи: матеріальна та ідеальна. Серед матеріальної виділяють три різні типи ґрунтової інформації: абіотичну, біотичну і соціогенну. Тип імперичної інформації поділяємо на емпірично-землеробну, експериментальне ґрунтознавство і теоретичне ґрунтознавство. Об'єм імперичного типу інформації стрімко зростає, що призводить до так званих інформаційних вибухів. Лише минуле століття дало близько 70% наукових знань і більше 90% накопичено науково-технічної інформації. В даний час налічується, щонайменше 2000 різних наукових дисциплін, кожна з них підрозділяється на окремі наукові галузі.

Встановлено, що з усіх констант ландшафту (біогеоценозу, екосистеми) саме ґрунт має оптимальну здатність записувати і зберігати в своїх властивостях максимальну кількість інформації.

В статті доведено, що ґрунт як природно-історичне і одночасно живе тіло, є двоєдиним об'єктом, в якому поєднуються властивості ґрунту-пам'яті і ґрунту-моменту. Зокрема, ґрунт-пам'ять як сукупність стійких і консервативних властивостей ґрунтового профілю, що є інтегральним результатом дії факторів і процесів ґрунтоутворення протягом усього періоду ґрунтоутворення, від його початку (нуль-моменту) до моменту спостереження. Також, розглянуто ґрунт-момент як сукупність динамічних властивостей, які є результатом сукупності факторів і процесів у момент спостереження. До таких властивостей відносять властивості з короткими характерними часовими періодами формування та зникання. Властивості ґрунтупам'яті утворені внаслідок залишкових результатів функціонування ґрунту-моменту протягом усієї історії ґрунтоутворення. Відтинок часу, необхідний для того, щоб дане тіло (ознака, процес), що розвивається під впливом певної комбінації чинників середовища, прийшло в рівновагу або квазірівновагу з цими факторами, називають характерним часом природного тіла, окремої ознаки або процесу.

Ключові слова: ґрунтова інформація, інформаційне ґрунтознавство, матеріальна інформація, ідеальна інформація, ґрунт-момент, ґрунт-пам'ять.

Вступ

Ґрунт, як самостійне природно-історичне тіло, утворився на певній стадії розвитку матерії, за своїм структурно-речовинним складом генетично пов'язаний з усіма попередніми етапами розвитку планети Земля, і містить інформацію в різних формах про стадії свого розвитку [2; 7; 12]. В процесі свого виникнення і розвитку ґрунт формує так звану внутрішню інформаційну модель, яка є цілісною багатоступінчастою організованою інформаційною системою і містить інформацію про всі стадії розвитку матерії - від космічної до соціальної.

Ґрунтовий покрив нерозривно пов'язаний з умовами та історією формування фізико-географічного середовища і знаходиться в постійній взаємодії з літосферою, атмосферою, гідросферою і рельєфом місцевості, організмами. Встановлено, що ці зв'язки між ґрунтом і умовами ґрунтоутворення є закономірними, а ґрунт є інтегрованим відображенням такої взаємодії, або іншими словами "дзеркалом" ландшафту [3; 4]. Відомо, що знаючи умови ґрунтоутворення, можна прогнозувати тип ґрунту і, навпаки, маючи інформацію про ґрунт можна визначити тип ландшафту, в якому він утворився.

Аналіз публікацій і методика досліджень

З метою обґрунтування інформаційної моделі ґрунту проаналізовано вагоміші наукові і прикладні напрацювання, відображені у працях вітчизняних учених-ґрунтознавців С. П. Позняка, В. В. Медведєва, Т. М. Лактіонової, Н. М. Бреус, С. І. Веремеєнко, а також в іноземних літературних джерелах - К. Фокса, А. Хадаса, К. Омуто, І. А. Крупеникова, К. Д. Глінки, Б. Г. Розанова та інших. Досліджено найвідоміші регіональні і глобальні ґрунтові інформаційні системи і бази даних, які містять важливі теоретичні і прикладні аспекти організації і функціонування ґрунтових даних. Досліджено праці з інформаціології як метадисципліни, яка розглядає проблеми різних галузей знань (природничо-наукових або гуманітарних) з єдиних інформаційних позицій, а це праці вчених Р. МакЕліс, І. Юзвішина, М. Кириченок.

ґрунт інформація пам'ять момент

Отримані результати

Ґрунт відображає середовище, запам'ятовуючи або кодуючи в своїх властивостях інформацію про чинники ґрунтоутворення, тобто про географічне середовище. Ґрунт як природно-історичне і одночасно живе тіло, є двоєдиним об'єктом, в якому поєднуються властивості ґрунту-пам'яті і ґрунту-моменту [5].

Ґрунт-пам'ять - це сукупність стійких і консервативних властивостей ґрунтового профілю, що є інтегральним результатом дії факторів і процесів ґрунтоутворення протягом усього періоду ґрунтоутворення, від його початку (нуль-моменту) до моменту спостереження [5].

Ґрунт-момент - це сукупність динамічних властивостей, які є результатом сукупності факторів і процесів у момент спостереження. До таких властивостей відносять властивості з короткими характерними часовими періодами формування та зникання. Властивості ґрунту-пам'яті утворені внаслідок залишкових результатів функціонування ґрунту-моменту протягом усієї історії ґрунтоутворення [5].

Відтинок часу, необхідний для того, щоб дане тіло (ознака, процес), що розвивається під впливом певної комбінації чинників середовища, прийшло в рівновагу або квазірівновагу з цими факторами, називають характерним часом природного тіла, окремої ознаки або процесу. Різні ґрунтові властивості мають різний характерний час - від годин, діб (вологість і температура) до мільйонів років (вивітрювання кварцу, циркону, рутилу тощо) [5].

Можемо зробити висновок, що з усіх констант ландшафту (біогеоценозу, екосистеми) саме ґрунт має оптимальну здатність записувати і зберігати в своїх властивостях максимальну кількість інформації.

Як будь-яке природне тіло, ґрунт складається з атомів - продуктів космічної стадії розвитку матерії, під час якої сформувались хімічні елементи в середовищі заряджених частинок або нейтронному середовищі при високій температурі і щільності. Відповідно атоми складаються з елементарних частинок. Таким чином ми можемо говорити про збереження інформації в ґрунті на найнижчому рівні, а саме на стадії первинного розвитку матерії.

Наявність у ґрунті вторинних мінералів і колоїдів як форми речовини відображає стадію розвитку земної кори. Під дією зовнішніх чинників і головно сонячної енергії, відбуваються процеси фізичного і хімічного вивітрювання первинних масивно-кристалічних порід, утворення і ресинтез вторинних мінералів, колоїдів і інших хімічних сполук. Саме тут вже проявляються властивості складних поєднань атомів: молекул і колоїдних систем. Здатність елементів до утворення ковалентних зв'язків є головним чинником, що визначає можливість їхньої міграції.

Для ґрунту характерним є і протилежний вивітрюванню процес - ресинтез мінералів з кінцевих продуктів вивітрювання, які за своєю будовою та хімічним складом суттєво відрізняються від первинних уламкових порід. Однак у ґрунтах, поряд з вторинними, містяться і первинні мінерали, що вказує на збереження первинної інформації навіть після складних трансформаційних перетворень речовини.

Наявність у ґрунті гумусу є найбільш виразним показником стадії формування живої енергії. Але було б помилкою обмежитися тільки вивченням кількісного і якісного складу органічної речовини в ґрунті. Рослини активно впливають не тільки на хімічний, а й на мінералогічний склад ґрунтів. Значна частина мінералів утворюється безпосередньо в тканинах рослин (мінералифітоліти) і після їх відмирання потрапляють у ґрунт. У біогенному мінералоутворенні беруть участь не тільки вищі рослини, але і мікроорганізми (утворення ортштейнів) та тварини (спікули губок, раковини молюсків, кальцій у кишечнику дощових черв'яків тощо). Існує й інший шлях утворення біогенних мінералів, що зумовлює синтез їх з продуктів мінералізації відмерлих організмів. З огляду на це глинисті мінерали варто розглядати як біогенні продукти. Беззаперечно, що вони містять у собі найважливішу інформацію про процеси вивітрювання і ґрунтоутворення [1; 2; 8].

Інформація в ґрунті, крім палеонтологічних залишків і включень, механічних антропогенних впливів, записана на атомарному рівні, тому і зчитуватися вона повинна за результатами проявів усіх вищеперерахованих властивостей атомів, які проявляються постадійно в процесі розвитку матерії.

Звичайно у ґрунті нагромаджується також інформація про господарську діяльність людини. Формування соціосфери зумовило появу антропогенної енергії і матерії. Тому крім встановлених в геохімії [4; 6] п'яти основних стадій атомів у природі (космічна, планетарна, магматична, земної кори і живої енергії) слід виділити шосту, новітню - техногенну [2]. Швидкість процесів, що відбуваються в природі і спричинені людською діяльністю є на багато порядків вищою від швидкості власне природних процесів [7; 9; 10]. Має місце так звана техногенна міграція хімічних елементів. З огляду на нагромаджену інформацію всі ці явища так чи інакше знаходять своє відображення в ґрунтах унаслідок обробітку, меліорації, руйнування профілю, деформацій, механічних, хімічних, радіоактивних, санітарних та інших форм забруднень, археологічних досліджень тощо.

Існувало декілька спроб класифікації ґрунтової інформації, проте для нас найбільш близькою є класифікація запропонована Стасьєвим [2]. З огляду на запропоновані підходи ми запропонованували вдосконалену і модифіковану власну класифікацію ґрунтової інформації (табл. 1).

Таблиця 1

Класифікація ґрунтової інформації

дані сформовано з [2]

За своєю природою вона ділиться на два класи: матеріальна та ідеальна. Ґрунт містить три різні типи інформації: абіотичну, біотичну і соціогенну [2].

Абіотична - це інформація, успадкована і збережена від космічної стадії історії атомів в природі, а саме абіотичного розвитку нашої планети. Відповідно цей тип інформації може бути розділений на три види, що відображають стадії розвитку матерії: 1) космічну, яка встановлюється на атомарному-нуклеарному та молекулярному рівнях, характерні для будь-якого матеріального об'єкта Землі; 2) магматичну, яка розкривається на атомарному-молекулярномінералого-петрографічному рівні, характерну для ґрунту та літосфери загалом; 4) інформація земної кори, яка встановлюється на атомарному-молекулярно-вторинно-мінеральному, гранулометричному і неорганічному рівні, характерну не тільки для ґрунту, але і для пухких осадових порід.

Біотичний тип інформації пов'язаний безпосередньо з процесом ґрунтоутворення під впливом живих організмів. Цей тип інформації поділяється на види: 1) морфолого-генетична; 2) природна фізична; 3) природна фізикохімічна і хімічна; 4) біологічна. Своєрідну інформацію про властивості ґрунту, її родючість містять рослинні формації та біоценози загалом. Саме тому їх виділяють в окремий четвертий вид - біологічна інформація.

Соціогенний тип інформації пов'язаний із господарською діяльністю людини. Він поділяється на такі види інформації: 1) морфолого-техногенна, як результат руйнування профілю ґрунту, зміни природних генетичних горизонтів ґрунту; 2) техногенна фізична, зумовлена антропогенною зміною фізичних властивостей ґрунту; 3) техногенна фізико-хімічна, зумовлена антропогенною зміною фізико-хімічних і хімічних властивостей ґрунту; 4) біолого-санітарна, під якою розуміють антропогенну зміну мікробного і мезофауністичного складу ґрунту під впливом санітарного забруднення, застосування мікробіопрепаратів тощо; 5) археологічна - інформація, представлена залишками предметів історичного минулого людства; 6) агрокультурна, пов'язана зі зміною природних ландшафтів на агрокультурні, формування агробіоценозів.

Крім перерахованих вище, в природі існує ще один самостійний клас інформації про ґрунт - ідеальна інформація. Йдеться про ідеальне відображення матеріального, тобто відділення інформації від її матеріального носія. В такому випадку інформація набуває ідеальної форми й існує за своїми визначеними законами. Субстанційним носієм четвертого класу інформації є мозок людини, а також певним чином її свідомість.

Тип імперичної інформації можна поділити на види:

1) популярна емпірично-землеробська. До цього виду відносять народні навички і знання про ґрунт, які виникли в результаті появи і розвитку землеробства і передаються з покоління в покоління;

2) експериментальне ґрунтознавство. Це наукові знання про ґрунт, отримані в результаті проведених польових і лабораторних досліджень;

3) теоретичне ґрунтознавство. Це найвищий вид інформації цього типу, який синтезує експериментальні дані, створює загальні теоретичні основи і прогнози науки про ґрунт, його зв'язків з іншими компонентами природи, біосферної і ноосферної ролі. Важливо, що цей вид інформації може існувати і зберігатися поза людським мозком у формі епосу, ґрунтових карт, звітів про проведені дослідження, технічних робочих проектів, наукових публікацій тощо.

Навіть у випадку, коли той чи інший раніше описаний і вивчений ґрунт був знищений чи піддався змінам (з причин ерозії, антропогенної діяльності тощо), то інформація про нього, як ідеальне відображення матеріального, може зберігатися у вигляді перерахованих вище документів.

Подібна інформація нагромаджується, зберігається, аналізується і в цілому або частково відтворюється знову, тобто має місце її циркуляція вже за своїми законами, без зв'язку з її матеріальним носієм, чи конкретної людинидослідника. З покоління в покоління нагромаджується і зростає частка ідеального, що, на нашу думку, обумовлено не стільки зростанням кількості населення, найперше підвищенням рівня освіти (середньої, середньоспеціальної, вищої), кількості наукових і творчих працівників. Об'єм такого виду інформації стрімко зростає, що призводить до так званих інформаційних вибухів [79]. Лише минуле століття дало близько 70 % наукових знань і більше 90 % науково-технічної інформації. На сьогодні налічується щонайменше 2000 різних наукових дисциплін, кожна з них підрозділяється на окремі наукові галузі.

Список використаних джерел

1. Ситник В.Ф. (2001) Основи інформаційних систем: навч. посіб. / В.Ф. Ситник, Т. А. Писаревська, Н.В. Єрьоміна, О.С. Краєва; за ред. В.Ф. Ситника. 2-ге вид., переробл. і доповн. К.: КНЕУ, 420 с.

2. Стасьев Г.Я. (1997) Почва как отражение стадий развития материи и информационная система. Кишинёв, 286 с.

3. Соколов И.А. & Таргульян В.О. (1977) Взаимодействие почвы и среды: рефлекторность и сенсорность почв // Системные исследования природы. М.: Мысль, 153-170.

4. Позняк С.П. (2010) Ґрунтознавство і географія ґрунтів: підручник. У двох частинах. Ч. 1 / С.П. Позняк. Львів: ЛНУ імені Івана Франка, 270 с.

5. Таргульян В.О. & Соколов И.А. (1978) Структурный и функциональный подход к почве: почва память и почва момент // Математическое моделирование в экологии. М.: Наука, 17-33.

6. Шнюков С.Є. & Гожик А.П. (2011) Основи геохімії: навчальний посібник - К.: Вища шк., 245 с.

7. Ямелинець Т. С. (2020) Історичні етапи формалізації ґрунтових даних і трансформація ґрунтової карти як інформаційної моделі даних про ґрунт. // Наукові записки Тернопільського нац. пед. ун-ту імені Володимира Гнатюка. Серія: Географія, № 1 (вип. 48), 32-42.

8. Ямелинець Т. С. (2020) Аналіз сучасних ґрунтових інформаційних систем і баз даних ґрунтів країн світу. / Ямелинець Т. С. // Вісник Одеського національного університету. Серія: Географічні та геологічні науки, Т. 22, Вип. 1, 126-137.

9. Ямелинець Т. С. (2020) Теоретичні основи наукового напряму інформаційного грунтознавства / Ямелинець Т. С. // Проблеми геоморфології і палеогеографії Українських Карпат і прилеглих територій, 78-89.

10. Michael Begon & Colin R. Townsend & John L. Harper. (2006) Ecology: from individuals to ecosystems. Wiley-Blackwell, 738 p.

11. McBratney A. B. & Mendonpa Santos M. L. & Minasny B. (2003). On digital soil mapping. Geoderma 117, 3-52.

12. Shangguan W. & Dai Y. & Duan Q. & Liu B. & Yuan, H. (2014). A global soil data set for earth system modeling. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 6(1), 249-263.

Размещено на Allbest.ru