Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура и свойства геосистем

Геосистемы - структура и свойства

Важнейшим свойством всякой геосистемы является ее целостность.

Геосистемы относятся к категории открытых систем. Это значит, что они пронизаны потоками энергии и вещества, связывающими их с внешней средой.

В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии.

Всю совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества, а также информации в геосистеме можно назвать ее функционированием.

Структура геосистемы - сложное, многоплановое понятие. Ее определяют как пространственно-временную организацию (упорядоченность), или как взаимное расположение частей и способы их соединения.

Различаются две системы внутренних связей в ПТК - вертикальная, т.е. межкомпонентная, и горизонтальная, т.е. межсистемная.

Составные части геосистемы упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Таким образом, в понятие структуры геосистемы следует включить и определенный, закономерный набор ее состояний, ритмически сменяющихся в пределах некоторого характерного интервала времени, которое можно назвать характерным временем или временем выявления геосистемы. геосистема пространственный временной

Инвариант - это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных.

Устойчивость и изменчивость - два важных качества геосистемы, находящиеся в диалектическом единстве.

Особого внимания заслуживает вопрос выделения в таксономическом ряду ПТК узловой единицы, служащей связующим звеном между геосистемами регионального и локального уровней. Такой единицей, по мнению многих географов, является ландшафт.

Природные компоненты как составные части ландшафта, понятие "природные факторы".

Природные компоненты - это основные составные части природного территориального комплекса (природной геосистемы), взаимосвязанные процессами обмена веществом, энергией, информацией. Каждый компонент материален, представляет собой определенную вещественную субстанцию.

Природными компонентами являются: литогенная - геолого-геоморфологическая основа (верхняя часть земной коры в пределах зоны гипергенеза и рельеф ее поверхности), приземные воздушные массы, природные воды, почвы, растительность и животный мир. Иногда, помимо названных, в число природных компонентов включают снежный покров и льды, которые, по сути дела, представляют собой природные воды в особых фазовых состояниях.

Со времен В.В. Докучаева все природные компоненты принято было разделять на так называемую "мертвую" и "живую" природу. Теперь их группируют в три подсистемы. Совокупность неорганических природных компонентов - литогенная основа, воздушные массы, природные воды ("мертвая" природа) - образует геоматическую (геому) подсистему; растительность и животный мир ("живая" природа) - биотическую (биоту) подсистему. Почвы рассматриваются как промежуточная или биокосная (органо-ми-неральная) подсистема.

Каждый природный компонент обладает своими неповторимыми свойствами, изменяющимися в ландшафтном пространстве-времени. Различают свойства вещественные (например, минералогический состав горных пород, газовый состав воздуха, гумусированность почв), энергетические (например, температура воздуха, энергия водного потока, запасы питательных элементов в почве), информационные.

Вещественные и энергетические свойства природных компонентов выступают в геосистеме в качестве факторов, обеспечивающих их взаимодействие. В общенаучном плане фактор понимается как движущая сила какого-либо процесса, явления. Природными факторами в связи с этим называют те свойства природных компонентов, а также внешней природной среды, которые оказывают определенное влияние на другие природные компоненты и на геосистему в целом.

Наиболее сильными природными факторами, определяющими обособление одной природной геосистемы от другой, их структурную и функциональную специфику, принято считать рельеф земной поверхности, ее геологическое строение, местный климат, обводненность (гидроморфизм) территории, характер растительного покрова. Эти факторы действуют внутри ландшафтной оболочки и потому относятся к категории внутренних ландшафтообразующих факторов.

Но так как природные геосистемы являются открытыми, на них оказывают воздействие факторы внешней среды. К внешним факторам ландшафтогенеза относятся макроклимат, глубинные тектонические структуры и тектонические движения земной коры, вещественно-энергетические влияния смежных или отдаленных природных геосистем (например, селевые потоки, низвергающиеся вниз по долинам вплоть до подножья гор; пыльные бури, зародившиеся в пустыне и достигающие оазисов предгорий; абразионно-аккумулятивная деятельность моря на побережье). Географическое положение геосистемы, ландшафта - особый внешний фактор. Он называется позиционным. Его анализ необходим для понимания роли и места геосистемы среди других. Характеристика любого ландшафта обязательно начинается с оценки его географического положения, его позиции в системе объемлющих ландтшафтно-географических единиц.

Антропогенные компоненты ландшафта - это разнообразные "следы" и объекты производственной и непроизводственной деятельности человека - различного рода сооружения, плантации.

По значимости в процессе формирования ландшафтов природные компоненты принято располагать в следующей последовательности: рельеф земной поверхности, ее геологическое строение, местный климат, обводненность (гидроморфизм) территории, характер растительного покрова.

Понятие "природный территориальный комплекс" (ПТК) и "геосистема", типы связей между компонентами ландшафтов.

Природный территориальный комплекс - участки земной поверхности характеризующиеся общностью происхождения, развития и однотипностью взаимодействия природных компонентов: горных пород, рельефа, нижних слоев тропосферы с климатическими характеристиками, поверхностных и подземных вод, почв, растительности и животного мира.. Понятие "природный территориальный комплекс" (ПТК) употребляется в нескольких значениях:

1) как синоним терминов ландшафт природный, природная геосистема;

2) в последние годы в ряде стран для обозначения природной составляющей (Naturraum), природной части ландшафта (антропогенного ландшафта), т.е. сложных геосистем, включающих природную составляющую в качестве подсистемы. Иногда это же понятие передается термином геокомплекс.

Геосистема - "это особый класс управляющих систем; земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом" (Сочава, 1978, с. 292). Данная трактовка близка по содержанию к понятию ландшафт природный. Некоторые авторы предложили ограничить сферу применения термина "геосистема" лишь теми природными системами, элементы которых связаны однонаправленным потоком вещества.

В ландшафте различают вертикальные и горизонтальные связи. Связи вертикальные это связи между компонентами ландшафта - между климатом, горными породами, подземными и поверхностными водами, почвами, растительным и животным миром. Изучение вертикальных связей привело к формированию представлений о моносистемной модели геосистемы. Анализ вертикальных связей - начальный шаг к познанию ландшафта и его морфологической структуры. Анализ вертикальных связей необходим в практических целях, во-первых, для предсказания последствия изменений в плохо наблюдаемых компонентах на основе анализа изменений и последствий в легко наблюдаемых компонентах (например, по изменению характера растительности дать заключение об изменении режима увлажнения); во-вторых, для управления воздействием на один компонент (или их группу) с целью получения положительного эффекта от других (например, регулирование водно-теплового режима почв для повышения биопродуктивности).

Связи горизонтальные (латеральные) - между соседними геосистемами (более низкого и равного рангов). Они проявляются в формировании пространственной структуры ландшафтных образований, таких, как геохора, катена, парагенетические ландшафты, геохимические ландшафты и т. д. Эти связи проявляются также во влиянии одного ландшафта на другой, в формировании океанических и континентальных типов ландшафтов. Изучение горизонтальных связей привело к формированию полисистемной или хорической модели ландшафтов.

Различают связи прямые, направленные от более "активного" объекта или явления к другому, более "пассивному", объекту или явлению (таковы, например, связи, возникающие при воздействии какого-либо сооружения на грунтовые воды), и связи обратные, возникающие как ответная реакция "пассивного" объекта и влияющие на состояние "активного" объекта.

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды.

Ландшафт способен существовать только при условии "движения через него потока вещества, энергии и информации" [34, с. 118]. Вещественные, энергетические и информационные свойства природных компонентов теснейшим образом взаимосвязаны и отдельно друг от друга в природе не существуют. Поэтому вещественно-энергетический и информационный обмен между компонентами и геосистемами в целом немыслим в их раздельности. Однако в ходе ландшафтного анализа удается различать его виды.

Можно привести немало примеров вещественно-энергетических связей в ландшафте. Начнем с самого простого: горный речной поток, порожденный атмосферными осадками и таянием высокогорных нивально-гляциальных покровов, низвергается вниз по ущелью, благодаря потенциалу гравитационной энергии горного рельефа, который был создан тектоническим вздыманием страны. Размывая скальные породы и обломочный материал осыпей и обвалов, поток превращает их в валунно-галечный аллювий. Его водная масса насыщается влекомым, взвешенным и растворенным материалом. Одновременно происходит жидкий, твердый и ионный сток. Ущелье со временем превращается в террасированную долину. В деятельности горного потока интегрируются многие факторы абиотической природы горного ландшафта: поверхностный сток, атмосферные осадки, снежно-ледовые покровы, горный рельеф, слагающие ландшафт горные породы.

Особенно ярко межкомпонентные вещественно-энергетические связи прослеживаются в биогеохимическом (малом биологическом) круговороте, наиболее важном в превращении ландшафта в целостную геосистему. Растительность выступает в нем самым активным компонентом. Недаром В.Б. Сочава назвал ее критическим компонентом ландшафта. Непременными и незаменимыми факторами жизни растений служат, как известно, свет, тепло, воздух, вода и элементы минерального питания. Даже из простого их перечня видно, что для существования растительного покрова необходимы все природные компоненты ландшафта. Под биологическим круговоротом понимается сложный циклический, многоступенчатый процесс. Он включает поступление химических элементов (С, N, О, Са, К, Mg, Na, P, S, Si, Cl, Fe и др.) из почвы, воды и воздуха в живые организмы главным образом в зеленые растения и превращение их под воздействием лучистой энергии Солнца в ходе фотосинтеза в сложные органические соединения. Ежегодно на Земле образуется около 170 млрд т первичного органического вещества. При этом усваивается 300-320 млрд т СО, из воздуха и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода.

Часть созданного растениями-продуцентами биогенного вещества-энергии используется в трофических цепях животными. В результате минерализации растительного опада и отмерших организмов происходит возвращение химических элементов в среду: почвы, воздух и воду. Этот круговорот вещества и энергии почти замкнут. Малая доля отмершей органики захороняется или выносится за пределы геосистемы путем вещественно-энергетического обмена с ландшафтной средой. Примерно 0,004% годичной биологической продукции резервируется. Живое вещество выступает как аккумулятор солнечной энергии. В итоге за многие миллионы лет в ландшафтной оболочке накопились большие запасы свободной биогенной энергии (каустобиолиты, почвенный гумус), исчисляемые в тг 1032ккал. Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископаемого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.

Информационные связи в ландшафтах прослеживаются как в пространстве, так и во времени. Суть их состоит в передаче территориального и временного упорядоченного разнообразия одним природным компонентом другому компоненту, и наоборот. Таким образом, компоненты как бы стремятся запечатлеть свою пространственно-временную организацию в других компонентах и геосистеме в целом. В отношении пространственной организации очень сильное информационное давление на другие природные компоненты оказывает литогенная основа. Разнообразие горных пород, а главное, неровности рельефа дневной поверхности находят соответствующее отражение в пространственной смене почвенного и растительного покрова, водного режима и микроклимата. Как территориально дифференцирована литогенная основа, так в главных чертах устроен в плане и ландшафт в целом.

Классическим примером информационного влияния рельефа на ландшафт является известное правило предварения В.В. Алехина (1882-1946), известного геоботаника, профессора МГУ. Согласно правилу предварения, на склонах северной экспозиции развивается растительность более северных зон, подзон, а на склонах южной экспозиции - более южных. В лесостепной зоне, например, склоны долин и балок, обращенные на север, как правило, заняты широколиственными лесами, а склоны южной экспозиции -степными ценозами.

В информационных ландшафтных связях можно видеть аналогию с известным принципом симметрии П. Кюри (1859-1906), согласно которому симметрия причины сохраняется в симметрии следствия. Если в указанной формуле вместо слова "симметрия" поставить слово "организация", то она в полной мере будет характеризовать суть трансляционной информации в ландшафте.

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды. До определенных пороговых нагрузок он способен оставаться относительно устойчивым. Н. Винер писал, что "...любое строение выдерживает нагрузку только потому, что оно не является стопроцентно жестким" [10, с. 309]. Сравнивая ландшафт с другими природными системами, А.И. Перельман говорил: "По степени совершенства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт - это система не только с другой природой связей, но и с более "расшатанными" связями, более слабой интеграцией" [30, с. 6-7].

К тем определениям ландшафтоведения как науки, которые были уже даны, можно добавить еще одно: ландшафтоведение -наука о внутриландшафтных и межландшафтных системных связях. Знание таких связей позволяет обоснованно решать многие проблемы природопользования.

Вертикальная и горизонтальная структура ландшафтов.

Структура ландшафта (от лат. stru - ctura - строение, расположение, порядок) - "относительно устойчивое единство элементов, их отношений и целостности объекта; инвариантный аспект системы".

Структура ландшафта - основное понятие теории ландшафта, тесно связанное с представлениями об устойчивости и изменениях ландшафтов, исходное при разработке мероприятий по охране природы.

Первоначально термин "структура ландшафта" употреблялся только в смысле "пространственное строение", "морфология ландшафта": "порядок взаимного совершенно определенного расположения морфологических частей ландшафта - фаций, урочищ, местностей". По мере развития научных представлений это понятие трансформировалось и приобрело такой вид: "строение ландшафта, выражающееся в характере внутренних взаимосвязей между слагающими его компонентами, в пространственном расположении и обособленности более мелких ландшафтных комплексов" (Мильков, 1970, с. 131). Эти определения характеризовали лишь вертикальный и горизонтальный пространственные аспекты структуры ландшафтов. Существенным дополнением стало введение в определение "структуры ландшафтов" представления о временных ее аспектах. В.Б. Сочава (1963, с. 58) предложил рассматривать структуру ландшафтов как "...совокупность элементарных геосистем (с различными взаимосвязями между их компонентами), характеризующихся сезонным ритмом и образующих серии и ряды трансформации, а также различные мозаичные сочетания". В этом определении удачно сочетаются представления о компонентной, пространственной и временной сущности понятия "структура ландшафтов".

Вертикальное (ярусное) строение ландшафта может быть охарактеризовано как вертикальный разрез ландшафта природного, как главный вертикальный ярус (Hauptstockwerk), представляющий собой сочетание взаимосвязанных ярусов отдельных геосфер - атмосферы, литосферы, гидросферы, педосферы и т.д. В вертикальном строении ландшафта значение имеют своеобразные производные совместного развития названных выше отдельных геосфер - рельеф как производное литосферы, с ее тектоническими движениями, гидросферы, атмосферы, а нередко и биоты, почва - продукт взаимодействия биоты и литосферы в определенных климатических условиях, местный климат (микро- и мезоклимат) - режим состояний атмосферы, обусловленный взаимодействием общих атмосферных процессов, рельефа, биоты и т.д.

Изучение вертикального строения (вертикальной морфологии) ландшафта является предпосылкой изучения связей между компонентами, а также обмена веществом и энергией между ними.

Горизонтальное (территориальное) строение ландшафта - сочетание входящих в его состав ландшафтов более низкого таксономического уровня и "ландшафтных элементов". Оно отражено на картах в виде мозаики или текстуры, являющейся важным свойством ландшафтов, особенно при ландшафтном дешифрировании аэро- и космических снимков. Устойчиво повторяющееся, обусловленное генезисом или обменом веществом и энергией сочетание более мелких единиц называют (не очень точно) "морфологией ландшафта" или "морфологической структурой ландшафта" (см. также - ландшафт элементарный, катена). Горизонтальное строение служит основанием иерархических классификаций ландшафтов. Каждая элементарная геосистема обладает своей вертикальной структурой. Закономерно сменяясь в пространстве, они образуют горизонтальную структуру ландшафта.

Размещено на Allbest.ru