Структура и свойства геосистем

2. СТРУКТУРА  И СВОЙСТВА ГЕОСИСТЕМ

2.1. Геосистемы – структура и свойства;

2.2. Природные компоненты как составные части ландшафта.

2.3. Система связей в ПТК (геосистеме).

2.4. Вертикальная и горизонтальная структура ландшафтов.

2.5. Классификация фаций и урочищ.

2.1. Геосистемы – структура и свойства

Свойства (целостность, открытые системы, обмен и преобразование вещества и энергии). Важнейшим свойством всякой геосистемы является ее целостность. Это значит, что систему нельзя свести к простой сумме ее частей. Из взаимодействия компонентов возникает нечто качественно новое, чего не могло бы быть в механической сумме рельеф + климат + вода и т. д. К особым новым качествам геосистемы следует отнести ее способность продуцировать биомассу. Биологическая продуктивность - это результат «работы» своего рода сложного природного механизма, в котором участвуют все компоненты геосистемы, включая энергетический компонент - солнечную энергию. И не случайно количество (а также качество) ежегодно продуцируемой биомассы изменяется в строгом соответствии с характером географического комплекса. В степной зоне оно выше, чем в тундровой или пустынной, на карбонатных породах выше, чем на бескарбонатных, в долинах выше, чем на междуречьях, и т. д.

Своеобразным «продуктом» наземных геосистем и одним из ярких свидетельств их реальности и целостности служит почва. Если бы солнечное тепло, вода, материнская порода и организмы просто сосуществовали на одном месте, но не взаимодействовали, не функционировали как единый сложный механизм, никакой почвы не могло бы быть.

Целостность геосистемы проявляется в ее относительной автономности и устойчивости к внешним воздействиям, в наличии объективных естественных границ, упорядоченности структуры, большей тесноте внутренних связей в сравнении с внешними.

Геосистемы относятся к категории открытых систем; это значит, что они пронизаны потоками энергии и вещества, связывающими их с внешней средой. Среда геосистемы образована вмещающими системами более высоких рангов, в конечном счете - эпигеосферой (среда последней - космическое пространство и подстилающие глубинные части земного шара).

В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии. Более сложный вопрос о наличии и роли информационного обмена в геосистемах. При широком толковании понятия «информация» его можно применить и к географическому комплексу. Но и при более узком и строгом значении этого слова надо признать, что информационные связи в геосистеме присутствуют, поскольку одним из ее компонентов является биота, которой присущ обмен информацией.

Всю совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества, а также информации в  геосистеме можно назвать ее функционированием. Функционирование геосистемы осуществляется по законам механики, физики, химии и биологии. С этой точки зрения геосистема есть сложная (интегральная) физико-химико-биологическая система. Функционирование геосистем слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения материала под действием силы тяжести.

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

Пространственный аспект структуры геосистемы состоит в упорядоченности взаимного расположения ее структурных частей. Последние, в свою очередь, рассматриваются двояко - как компоненты и как субсистемы, т. е. подчиненные геосистемы низших рангов. Таким образом, в природном территориальном комплексе, как и во всей эпигеосфере, следует различать структуру вертикальную (или радиальную) и горизонтальную (или латеральную). Первая выражается в ярусном расположении компонентов, вторая - в упорядоченном расположении ПТК низших рангов. Но понятие структуры предполагает не просто взаимное расположение составных частей, а способы их соединения. Соответственно различаются две системы внутренних связей в НТК вертикальная, т. е, межкомпонентная, и горизонтальная, т. е. межсистемная. Те и другие осуществляются путем передачи вещества и энергии (отчасти также информации).

Примерами вертикальных системообразующих потоков могут служить выпадение атмосферных осадков, их фильтрация в почву и грунтовые воды, поднятие водных растворов по капиллярам почвы и материнской породы, испарение, транспирация, опадение органических остатков, всасывание почвенных растворов корневой системой растений. К горизонтальным потокам, связывающим между собой отдельные ПТК в границах территориальных единств высших рангов, относятся водный и твердый сток, стенание холодного воздуха по склонам, перенос химических элементов из водоемов на суходолы с биомассой птиц и насекомых (комаров) и др.

Структура геосистемы имеет помимо пространственного и временной аспект. Составные части геосистемы упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Достаточно вспомнить о снежном покрове - это специфический временный (сезонный) компонент многих геосистем, присутствующий в них только зимой. С другой стороны, зеленая масса растений в умеренных широтах присутствует и «работает» только в теплое время года. 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. Таким отрезком времени является один год: это тот минимальный временной промежуток, в течение которого можно наблюдать вес типичные структурные элементы и состояния геосистемы.

Все пространственные и  временные элементы структуры геосистемы составляют ее инвариант. Инвариант — это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных.

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.

2.2. Природные компоненты как составные части ландшафта, понятие «природные факторы».

В каждом ландшафте как бы в вертикальном разрезе представлены части всех сфер географической оболочки – литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы. Фрагменты этих сфер называют природными компонентами. По Н.А. Солнцеву (1963), компоненты литосферы – земная кора, атмосферы – воздух, гидросферы – воды, биосферы – растительность и животный мир. В.С. Преображенский (Охрана ландшафтов. М., 1982, с. 96) компонентами ландшафта считает горные породы, воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, растительность и животный мир.

Компоненты обычно расчленяются на элементы, характеризующие их отдельные свойства или состояния. Элементами земной коры, например, выступают горные породы, их литологический состав, тектонический режим, характер поверхности (рельеф) ПТК; элементами воздуха – содержание водяного пара, аэрозолей; растительности – ярусы растительных сообществ. Элементы ландшафта формируются в процессе развития и взаимодействия сфер, который направлен на постоянное усложнение свойств природных компонентов. Так, почва есть продукт взаимодействия литосферы и компонентов биосферы в определенных климатических условиях, рельеф – производное литосферы, гидросферы, атмосферы и частично биосферы, микроклимат – режим состояний атмосферы при взаимодействии ее с рельефом и растительностью. Следовательно, компоненты занимают как бы промежуточное положение между элементами и ПТК, что, по мнению А.Г. Исаченко (1991) позволяет рассматривать их как первичный уровень организации вещества в пределах географической оболочки. Ввиду того, что природные компоненты выступают частями вертикальной структуры ПТК, последние образуют вторую, более сложную ступень организации вещества, Вместе с тем существует определенная соразмерность между рангом ПТК и уровнем территориальной дифференциации компонента. Очевидно, например, что компонент фации отличается от характера этого же компонента в урочище, а последний не идентичен компоненту ландшафта.

Рассмотрим кратко роль и структуру  компонентов и элементов в  вертикальном строении ландшафта.

Основой формирования ландшафта всегда выступают горные породы. В пределах Русской платформы обнаруживается достаточно сложная картина распространения тектонических структур и геологических пород различного времени и генезиса образования. Фундамент выходит на поверхность на территории щитов, выступах и поднятиях и погружается до 13000 м в синклинальных впадинах и прогибах. Кристаллические породы данного структурного этажа перекрыты осадочными отложениями палеозоя, мезозоя, кайнозоя и мало сказываются на формировании ландшафтов.

Наиболее существенна в этом плане роль четвертичных отложений. Они имеют мощность от 20 до 500 м  и более, развиты повсеместно, разнообразны в литологическом и генетическом отношении, характеризуются сложной контурностью, часто сменяют друг друга. В пределах ландшафта отложения должны обладать генетическим единством и единообразием литологического состава. Однако в области ледниковой аккумуляции однотипные породы редко занимают значительные пространства. Гораздо чаще имеет место комплекс отложений разного типа: конечно-моренные образования и камовые или озовые пески, древнеаллювиальные пески и эоловые, что приводит к увеличению набора ПТК.

Рельеф представляет собой элемент литосферы, тесно связанный с геологическими породами и тектоническими структурами. В основных чертах геоморфологии Русской платформы унаследованы особенности ее доантропогенового рельефа. Почти все возвышенности приурочены к поднятиям поверхности коренных пород, а низменности – к депрессиям. Это находит отражение в вертикальной дифференциации ландшафтов. Общий характер поверхности определяется также комплексом мезо- и микроформ рельефа и современными геоморфологическими процессами, которые изменяются в зависимости от зоны оледенения. Например, в зоне валдайского оледенения рельеф свежий, слабо переработанный процессами эрозии и денудации. В границах московского оледенения преобладает денудация, вблизи речных долин – эрозия, а в долинах – аккумуляция. Под совокупным воздействием этих процессов поверхность моренных возвышенностей и равнин часто приобретает увалистый характер, склоны холмов становятся пологими, появляются овраги и балки. В зоне днепровского оледенения рельеф формируется под влиянием денудации, эрозии и аккумуляции (речной, эоловой). Вследствие этого он отличается выровненностью, монотонностью.

Внутри  ландшафта рельеф характеризуется  относительным генетическим единством. Таким свойством обладают типы рельефа, которым, как и типам четвертичных отложений, свойственна достаточно высокая степень комплексности. Поэтому важно учитывать возраст рельефа и формирование его в однотипных условиях под влиянием одного и того же фактора (водно-ледниковых потоков, речной аккумуляции, стадиальной остановки ледника). Разнообразие мезо- и микроформ рельефа сказывается на усложнении горизонтального строения ландшафта.

Важную роль в ландшафте играет климат. Климатические особенности территории формируются под воздействием множества показателей – прихода и расхода солнечного тепла и влаги, циркуляции воздушных масс, температуры и влажности воздуха, направления и скорости ветров. Основные метеорологические показатели изменяются с севера на юг, и это изменение является главной причиной смены широтных ландшафтных зон. Некоторое влияние на климатические особенности оказывает рельеф: на возвышенностях средняя месячная температура воздуха на 0,3–0,5° ниже, а сумма осадков на 50–150 мм больше, чем на окружающих равнинах. Климатические контрасты углубляют и подчеркивают проявления вертикальной дифференциации ландшафтов.

Все метеорологические показатели, регистрируемые метеостанциями и геофизическими обсерваториями, характеризуют местный климат. Понятие «местный климат» наиболее соответствует климату ландшафта. В зависимости от рельефа, растительности, наличия или отсутствия водоемов в местном климате обнаруживаются существенные различия, обозначаемые как микроклимат. В системе ландшафт–местный климат–микроклимат закономерность остается прежней: чем больше комбинаций микроклиматов в ландшафте, тем сложнее его горизонтальное строение.

Специфические функции выполняют  в ландшафте поверхностные и грунтовые воды. При обилии озер формируются особые, свойственные только этой территории ландшафты (холмисто-моренно-озерные, моренно-озерные). Эрозионная и аккумулятивная деятельность русловых вод также приводит к появлению специфических ПТК (пойменных, террасовых), что связано с историей формирования речной долины. Роль грунтовых вод ощущается в ландшафте повсеместно. Имеют значение глубина их залегания, наличие или отсутствие связи с атмосферными осадками, химический состав, скорость течения, область питания. Все эти особенности отражаются в степени увлажнения и дренированности территории. Различают интенсивно, умеренно, слабо дренированные и недренированные ПТК. Уменьшение степени дренированности приводит к заболачиванию территории и формированию болотных ландшафтов. Пестрота увлажнения существенно усложняет горизонтальное строение ландшафтов.

Почвенный покров – важный компонент ПТК, хотя в некоторых ПТК (в горных странах, Антарктиде) он может отсутствовать. В значительно большей мере, чем рассмотренным компонентам и элементам ландшафта, почве присуща пространственная изменчивость и комплексность. Даже в ландшафтной зоне, которую характеризуют, как правило, одним типом почвы, распространены почвы еще нескольких типов. В пределах ландшафта наблюдаются сочетания почв 2–3 типов, 4–6 подтипов. Повышение степени комплексности почвенного покрова следует рассматривать как проявление усложнения внутреннего строения ландшафта. Наибольшая комплексность почв присуща ландшафтам зоны валдайского оледенения.