Представления о динамике ландшафтов.
Любые формы материи могут существовать только в движении. Ландшафтам как материальным объектам свойственно изменение во времени и пространстве. Природная геосистема – система динамическая, поскольку только так она способна существовать, адаптируясь к изменяющимся условиям внешней среды.
До настоящего времени еще не сложилось единого представления о динамике ландшафта, хотя этот термин прочно вошел в географическую науку (от греч. Dynamis – сила). Существует три основных понимания этого термина: 1) любые изменения свойств ландшафта (функционирование и эволюция); 2) изменения ландшафта, не сопровождающиеся сменой его структуры, т.е. происходящие в рамках одного инварианта (А.Г. Исаченко, В.Б. Сочава); 3) процесс, направленный на формирование пространственно-временной организации ландшафта (В.А. Николаев, И.И. Мамай и др,).
Крупным достижением изучения функционально-динамических аспектов ландшафтоведения являются работы ученых МГУ (Дьяконов, Мамай, Авессаломова, 2004).
Динамика ландшафта физиономично проявляется во времени и пространстве в изменении форм и элементов рельефа, в переслаиваниях осадочных пород, сменах растительных сообществ, изменениях структуры и свойств почв. Следовательно, динамика ландшафта в целом выражена через динамику его компонентов. Динамика растительного покрова фиксируется приростом и превращением фитомассы, в ее основе – круговорот вещества и энергии. В динамике литогенной основы различаются процессы почвообразования, выветривания пород и перемещение обломочного материала вниз по склону. В динамике почвообразования основная роль принадлежит круговоротам вещества, а в динамике рельефообразующих процессов – его потокам (твердый и жидкий сток). Динамика водных потоков наблюдается по изменениям расхода стока, динамика воздушных масс – в конвективных потоках и горизонтальных перемещениях.
Общей закономерностью этих процессов является их ритмичность и цикличность во времени (Макунина, 1987).
Закон ритма есть свойство материального мира («ритм» с греческого означает «размерность», «стройность»).
Ритмика природной геосистемы – это повторение в определенной последовательности различных состояний геосистемы, отличающихся спецификой структуры и функционирования. Ритмика – это состояние обратимых изменений геосистем.
Следует различать понятия «ритм» и «цикл».
Ритм – строгая последовательность явлений, имеющая примерно одинаковую продолжительность, наступление одинаковых явлений в близкие сроки.
Цикл означает совокупность процессов или явлений, образующих замкнутый круг, Это изменение системы, в результате которых она приходит в такое состояние, в котором была в начале цикла. Примеры – суточный или годовой циклы, внутри которых проявляются ритмы (Мамай, 2005).
Состояния природных геосистем. Природные ритмы и циклы.
Исходным понятием при изучении ритмической динамики геосистем служит представление об их состояниях.
Согласно определению И.И. Мамай (2005), «Состояние ПТК – это более или менее длительные отрезки времени его существования, характеризующиеся определенными свойствами его структуры (определенным качеством его частей и набором процессов, зависящих от внешних и внутренних причин)».
Причины смены состояний бывают внутренними и внешними.
Внутренние причины – это несходство природных компонентов и морфологических частей ПТК. Оно вызывает образование потоков вещества и энергии, что и приводит к сменам состояния. Примеры смены состояния под влиянием внутренних причин: иссушение почвы и завядание растений за счет потери влаги путем транспирации; обеднение видового состава степных растительных группировок в результате вытеснения разнотравья дерновинными злаками и др.
Внешние причины смены состояний ПТК могут быть как естественными, так и антропогенными. ПТК – открытые системы, в которые свободно проникают потоки вещества и энергии. Воздействующие внешние факторы имеют свою ритмику: поступление солнечной радиации имеет суточную и сезонную изменчивость, поступление осадков, хотя и не имеет четко выраженной динамики, однако связано с общей циркуляцией атмосферы; выделяются смены состояний ПТК, связанные с изменением погоды (кратковременные), с тектоническими процессами (длительновременные или, наоборот, катастрофические).
По длительности состояния ПТК делятся на внутригодовые, годовые, многолетние.
Среди внутригодовых состояний различают внутрисуточные, суточные, погодные (циркуляционные), внутрисезонные и сезонные. Все эти состояния характеризуются обратимыми процессами (прогревание, охлаждение, промачивание, разложение подстилки), в то время как свойства компонентов и морфологических частей могут изменяться как обратимо (промерзание, оттаивание, иссушение, оглеение почв и т.д.), так и необратимо (почвенный смыв, намыв и т.д.).
Внутригодовые состояния ПТК определяются особенностями поступления в них вещества и энергии и могут быть связаны с движением Земли вокруг своей оси (смена дня и ночи), общей циркуляцией атмосферы (смена режима погод), движением Земли вокруг Солнца (сезонные изменения). Годовые состояния складываются из всех внутригодовых состояний (обратимые и необратимые).
Многолетние состояния возникают вследствие направленности развития и характеризуются необратимыми изменениями природных компонентов и морфологических частей (перемещение твердого вещества, сукцессии растительности, смены почв) при обратимости процессов.
Продолжительность состояний может в той или иной мере отклоняться или быть строго фиксированной во времени (суточное и годичное состояния – их продолжительность определяется особенностями движения Земли как планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца).
Один из важнейших природных процессов внутри суток – смена дня и ночи, что определяет ритмичность поступления солнечной энергии в ПТК. В зависимости от того, получает природный комплекс солнечное тепло или, наоборот, теряет, выделяются дневное, вечернее, ночное, утреннее его состояния, С этими состояниями связаны такие природные процессы как образование росы, тумана, изменений в испарении и транспирации, изменения в атмосферной циркуляции (бризы). Длительность этих состояний меняется в зависимости от широты места и времени года (за исключением экваториальных широт). Выделяют еще аэросостояния, зависящие от изменения облачности, продолжительность которых колеблется от нескольких минут до нескольких часов. С ними связаны пасмурные и солнечные состояния (влияют на температуру и влажность воздуха, на интенсивность фотосинтеза и т.д.).
Помимо аэросостояний в течение суток могут проявляться метеосостояния, зависящие от метеоусловий и связанные с изменением погоды – снег, дождь, мороз и др. Их отличие состоит в том, что продолжительность явлений не имеет четкой приуроченности к продолжительности суток, и очень сильно колеблется (от нескольких минут до нескольких суток). Таким образом, метеосостояния могут быть кратковременными и средневременными.
Суточное состояние ПТК имеет строго фиксированную продолжительность – 24 часа. Суточные состояния структуры и функционирования ПТК, связанные с сезонной ритмикой, погодными условиями и динамической тенденцией развития применительно к фации называются стексами (термин принадлежит Н.Л. Беручашвили).
Внутрисезонные состояния связаны с внутригодовым циклом функционирования ПТК Например, для фаций выделяют такие фазы состояний как ранневесенняя (смена отрицательных температур воздуха положительными, снеготаяние, предвегетационные процессы в растительности, прилет первых птиц и др), поздневесенняя (окончание заморозков и оттаивание почвы, активность флювиальных и гидротермических процессов рельефообразования, промачивание почвы, формирование вегетативной части растений, активизация почвенных животных и т.д.). Кроме указанных фаз, выделяются летняя, позднелетняя, осенняя, предзимняя, зимняя фазы состояний.
Эти фазы состояний являются составными частями более длительных отрезков года – сезонов. Смена сезонов вызывает изменения процессов функционирования ПТК. Установить все многообразие сезонных изменений в пределах природных комплексов помогают фенологические наблюдения биологов, собственно ландшафтных исследований, направленных на изучение сезонной динамики, пока еще недостаточно (Макунина, Рязанов, 1988).
Пример сезонных динамических изменений внутри ПТК, расположенного в умеренном поясе:
Зимой наиболее низкие температуры воздуха, устанавливается снежный покров, происходит промерзание почвы и горных пород, отсутствует поверхностный сток, характерны отсутствие фотосинтеза и активных процессов разложения, отсутствие активного образа жизни у животных, находящихся в спячке, уменьшение видового разнообразия птиц и т.д. Связи в ландшафтной катене почти отсутствуют.
Весной температура воздуха становится положительной, происходит интенсивное снеготаяние, усиливаются поверхностный сток и эрозионные процессы, начинает вегетировать растительность, усиливается активность животных, отмечается прилет птиц. Восстанавливаются связи в ландшафтной катене.
Летом наиболее высокая среднемесячная температура воздуха, наиболее активно осуществляется фотосинтез и биогеохимический круговорот в целом (разложение мортмассы, гумификация, минерализация и др.), у большинства растений – цветение и плодоношение, у животных — процессы размножения и выхаживания потомства. Наиболее активны связи в ландшафтной катене.
Осенью понижается температура воздуха, происходит перестройка циркуляционных процессов, снижается активность фотосинтеза, происходит пожелтение и опад листьев на деревьях и кустарниках, снижается активность животных, перелетные птицы отлетают в более низкие широты и т.д. Связи в ландшафтной катене ослабевают.
Четко фиксированным во времени состоянием природных комплексов является годичный цикл, который определяется планетарными причинами и связан с обращением Земли вокруг Солнца. Годичный цикл – это рубеж, отделяющий средневременные состояния от длительновременных. Следует отметить, что рубеж, отделяющий один год от другого, связан не с изменение природных процессов (конец года – в ночь на 1 января), а связан с практической деятельностью человека. Хотя исследователи выделяют сухие и влажные, теплые и холодные и т.п. годы.
Многолетние циклы связаны с длительновременными состояниями ПТК. Это могут быть климатические циклы с колебаниями температурного режима и увлажнения (11-летние, 30-45-летние, 90-летние, 400-летние, 1800-1900-летние, 4500-летние и др.). Климатические циклы вызывают изменения в ходе элементарных процессов функционирования. Природа 11-летних климатических циклов более-менее известна. Они связаны с изменением солнечной активности. Повышение солнечной постоянной даже на 1% уже сопровождается изменениями в климате (эти повышения в истории Земли были и более существенными, например, в палеогене, голоцене четвертичного периода и другие эпохи). Известным исследователем изменения солнечной активности был А.В. Шнитников, на весь мир известны работы А.Л. Чижевского, связанные с изучением реакции живых организмов на повышение солнечной активности. Он известен как основоположник космической биологии (гелиобиологии). Выделяются ритмы продолжительностью в 200-250 млн. лет (тектонические) и др. Природа и причины многолетних (и сверхмноголетних) циклов еще мало изучены, и характер их воздействия на ПТК также не вполне ясен.
Проявление динамики в ПТК.
Проявление форм динамики зависит от морфологической структуры ландшафта, что хорошо видно на примере сезонной динамики. Например, в ландшафте с морфологической структурой, включающей повышения и понижения рельефа, лесные и луговые участки и т.д., сезонные смены в морфологических единицах наступают в разные сроки. В лесу накапливается снега в 1,5-2 раза больше, чем на открытом участке, в оврагах – в 4 раза больше, чем на водоразделах, на склонах южной экспозиции наблюдается радиационное подтаивание. Особенности литологического состава и рельефа влияют на глубину промерзания почв – на песчаных грунтах промерзание глубже, чем на глинистых, на склонах северной экспозиции — глубже, чем на склонах южной экспозиции. Раньше всего снеготаяние начинается на возвышенных элементах рельефа (на вершинах холмов, на повышениях водоразделов), позднее всего – в углублениях рельефа (овраги, балки, западины). На склонах уже ранней весной появляются первоцветы, раньше начинается вегетация растений и т.д.
Таким образом, внутриландшафтные морфологические различия сдвигают наступление сезонных состояний ПТК во времени, что сказывается и на общем состоянии ПТК. Например, в слабодренированных ландшафтах смена сезонных состояний запаздывает.
В связи с ритмическими явлениями в динамическом состоянии геосистем в ландшафтоведении введено понятие о динамическом характерном времени.
Динамическое характерное время – это время, необходимое геосистеме для прохождения определенной серии переменных состояний с возвратом к исходному состоянию, то есть время полного колебания.
Иными словами, динамическое характерное время – это время, необходимое для полного динамического цикла природной геосистемы.
Примечание: следует различать характерное время необратимой эволюционной изменчивости геосистем и характерное время динамических обратимых изменений.
В то же время ритмичность не означает простого повторения одних и тех же явлений. Каждый цикл не является замкнутым. После него в ландшафте неизбежно остаются те или иные необратимые изменения, которые из года в год накапливаются. Например, выносится определенное количество вещества, усиливается эрозионное расчленение, возрастает мощность торфа в болотах, увеличивается накопление наилка в пойме реки и т.д. Таким образом, каждый последующий цикл (суточный, сезонный, годичный и др.) начинается на несколько изменившейся основе. Отсюда следует, что ритмичность является неотъемлемой частью поступательного развития ландшафта.
Динамические колебательные движения как бы нанизаны на общий эволюционный (необратимый) ход развития геосистем. Например, ежегодное накопление аллювия в пойме реки в конечном итоге приводит к поднятию уровня поймы и образованию аккумулятивной речной террасы. Молодое лесонасаждение в результате ежегодного фотосинтеза увеличивает накопление фитомассы и превращается в зрелое насаждение. За счет ежегодного снеготаяния развиваются эрозионные процессы, увеличивается количество выносимого материала, увеличивается площадь оврагов, что зримо проявляется в дендрическом рисунке ландшафта.
Таким образом, можно дополнить определение динамики.
Динамика природной геосистемы – это совокупность современных обратимых (ритмичных) и необратимых (направленных) изменений в ее структуре и функционировании.
Источник статьи: http://poisk-ru.ru/s57432t5.html
Функционально-динамические аспекты учения о ландшафте
Понятие о функционировании ландшафта
Понятие структуры ландшафта включает три момента: состав и взаимное расположение частей ландшафта, способ соединения отдельных частей, т. е. внутренние связи (первооснова – обмен энергией, веществом, информацией. Геосистемы пронизаны вещественно-энергетическими потоками разной мощности и происхождения) и временной или динамический момент.
Таким образом, структура ландшафта рассматривается не только как некоторая организованность его составных частей в пространстве, но и как упорядоченность смены его состояний во времени. Все пространственные и временные элементы структуры геосистемы составляют ее инвариант.
Инвариант – это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфич-ность, позволяющих отличить данную систему от остальных.
Всю совокупность процессов перемещения, обмена и трансформа-ции энергии, вещества, а также информации в геосистеме можно на-звать ее функционированием. Функционирование геосистемы осуществляется по законам механики, физики, химии и биологии. С этой точки зрения геосистема – сложная физико-химико-биологическая система. Функционирование геосистем слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологических процессов, механического перемещения материала под действием силы тяжести.
Изменчивость, устойчивость и динамика ландшафта
Изменчивость ландшафтов обусловлена многими причинами, она имеет сложную природу и выражается в принципиально различных формах.
Прежде всего в ландшафтах надо различать два основных типа изменений, которые Л.С. Берг называл обратимыми и необратимыми. К первым он относил как сезонные смены, которые, как он говорил, «не вносят ничего нового в установившийся порядок вещей», так и другие (катастрофические) изменения, после которых «ландшафт восстанавливается приблизительно до состояния, бывшего до катастрофы». При необратимых, или прогрессивных сменах возврата к прежнему состоянию не происходит, изменения идут в одну сторону, в определенном направлении.
Изменения первого типа не приводят к качественному преобразованию ландшафта, изменения второго типа ведут к трансформации структур, т. е. к смене ландшафта.
Все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику, тогда как необратимые смены составляют сущность его эволюционных изменений, т. е. его развития.
Иначе динамику можно определить как смену состояний в рамках одного инварианта, в то время как эволюция есть смена самого инварианта.
Под состоянием геосистемы подразумевается упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функций в определенный промежуток времени. Состояние геосистемы находится в соответствии с внешними воздействиями (лучистой энергии, атмосферных осадков и т. д.).
Динамика ландшафта также обусловлена преимущественно внешними факторами и имеет в основном ритмический характер. Это и су-точный, и сезонный ритм, известны также внутривековые и вековые ритмы, сверхвековые (1850-летний), геологические (млн лет).
Природа многих ритмов еще не ясна, и их воздействие на ПТК также. Однако известно, что различные ритмы проявляются в ландшафте совместно и одновременно, накладываясь друг на друга.
Многие вопросы динамики и пространственно-временного анализа геосистем, включая понятие о состояниях, динамических сменах и другие разработаны только на примере элементарных ПТК – фациях.
Динамика – понятие очень сложное. С динамикой связаны и другие свойства геосистем.
Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру под воздействием возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения. Устойчивость не означает абсолютной стабильности, неподвижности. Напротив, она подразумевает колебания вокруг некоторого среднего состояния, т. е. подвижное равновесие. Считается, что чем шире привычный диапазон состояний, тем меньше риск подвергнуться необратимой трансформации при аномальных внешних воздействиях.
В саморегуляции геосистем огромную роль играет биота как важ-нейший стабилизирующий фактор благодаря ее мобильности, приспособляемости, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со своим режимом.
Степень устойчивости геосистем пропорциональна их рангу. Фации наименее устойчивы к внешним воздействиям и наименее долговечны. Ландшафт – система более устойчивая.
Устойчивость каждого ландшафта относительна и имеет свои пределы. Любая система устойчива при сохранении параметров внешней среды. Однако порог устойчивости каждого ландшафта неизвестен и его еще предстоит выяснить.
Геоэкологический анализ ландшафтов Беларуси
Задачи геоэкологического анализа – выявление многообразных экологических функций ландшафтов, выражающихся в степени прояв-ления и направленности различных природных процессов, определение экологического потенциала (Исаченко, 1991), экологического состояния, устойчивости ПТК к техногенным нагрузкам. Подобный анализ выступает необходимой предпосылкой синтеза, важнейшим ре-зультатом которого выступает геоэкологическая оценка любого региона. Вначале рассмотрим закономерности переноса и аккумуляции твердых веществ.
Одно из важнейших условий проявления этого процесса – структура элементарных ландшафтов (ЭЛ) внутри ПТК разного ранга. Существует карта ЭЛ Беларуси (А.А Хомич), подсчет площадей по которой показал, что в возвышенных ландшафтах преобладают элювиальные ЭЛ (78,5 %), удельный вес которых более высок в лессовых (95,8 %), наиболее низок в камово-моренно-озерных ПТК (41,0 %).
Супераквальные занимают 11,6 % площади, субаквальные – 4 %. В средневысотных ПТК доминируют элювиальные – 60 % (максимально распространены в моренно-озерных (74,0 %), минимально в моренно-зандровых (46,0 %) и супераквальные занимают 23,0 %, достигая максимум во вторичных водно-ледниковых, минимум во вторичноморенных. Субаквальные распространены незначительно (1,0 %).
В низменных ПТК преобладают супераквальные ЭЛ (63,3 %), максимум их в пойменных (86,0), минимум в озерно-ледниковых (31,0 %) ПТК. При этом эллювиальные занимают 25 % площади, – субаквальные – 1,0 %. Компания «Солнечный ветер» предлагает отдых в Костроме по самым вкусным ценам с возможностью организации праздника для детей, а также компания занимается подбором туров для отдыха за границей.
Интенсивность перемещения и аккумуляции вещества изменяется в ландшафтах в зависимости от структуры ЭЛ, рельефа, грунтов, распаханности и залесенности. Анализ всех показателей выявил:
– В возвышенных ландшафтах преобладают процессы интенсивного смыва веществ, которые очень ярко проявляются в холмистомо-ренно-эрозионных, холмисто-моренно-озерных и лессовых ПТК. Процесс смыва (от 2,5 до 8,8 мм в год) сочетается с аккумуляцией вещества в супераквальных и субаквальных ЭЛ.
– Для средневысотных ландшафтов характерны процессы смыва в сочетании с транзитом и частичной аккумуляцией. Интенсивность смыва – 0,8 мм/год. Вынос осуществляется на 57,0 % территории. Аккумуляция – на 17,0 %. Транзит – во всех ПТК.
– В низменных ПТК типичны процессы слабого транзита при незначительно выраженных процессах выноса (на 20,0 % площади) и аккумуляции (12 %).
Анализ ПТК показал, что:
– наиболее высокой способностью к выносу веществ обладают холмисто-моренно-озерные, холмисто-моренно-эрозионные, лессовые с господством элювиальных ЭЛ и интенсивным поверхностным смывом;
– максимальная способность к накоплению у камово-моренно-озерных, водно-ледниковых с озерами, пойменных ПТК с высоким весом супераквальных и субаквальных ЭЛ и значительность сохранения естественной растительности.
На основании рассмотренных закономерностей можно определить состояние и устойчивость ПТК, а также дать экологическую оценку ландшафтов Беларуси.
Экологическое состояние понимается как способность ПТК выносить продукты поверхностного смыва. Оно характеризует соотношение процессов выноса и аккумуляции вещества.
Проведенные подсчеты показали, что возвышенные и средневы-сотные ландшафты характеризуются как экологически благоприятные, а низменные – как неблагоприятные. При этом самая неблагоприятная экологическая ситуация отмечена в пределах пойменных ПТК.
С процессами смыва и аккумуляции вещества связан еще один показатель – устойчивость ПТК к сельскохозяйственным нагрузкам. Расчет по специальной формуле показал, что по степени устойчивости к сельскохозяйственным нагрузкам все ландшафты Беларуси можно разделить на 4 группы.
I. К группе наиболее устойчивых (53 % Беларуси) относятся два ландшафта – камово-моренно-озерные, пойменные, вследствие широкого распространения супераквальных и субаквальных элементов ландшафтов и высокой степени сохранности естественной растительности.
III. К группе неустойчивых относятся камово-моренно-эрозионные, моренно-озерные, вторичноморенные. В этих ПТК вынос вещества уменьшается за счет снижения глубокого расчленения рельефа.
IV. Наибольшая степень неустойчивости – у ландшафтов из группы возвышенных – холмисто-моренно-эрозионные, лессовые, хол-мисто-моренно-озерные. Для этих ПТК характерна большая распаханность, интенсивный вынос вещества.
Все остальные ландшафты, образующие самую многочисленную группу из средневысотных и низменных ПТК, характеризуются как слабо устойчивые (II).
Сопоставив показатели экологического состояния и устойчивости ПТК, можно получить интегрированную экологическую оценку ланд-шафтов Беларуси, содержащую 3 ступени.
I. Ландшафты экологически благоприятные и устойчивые к сельскохозяйственным нагрузкам (25,8 %) – к ним относятся ПТК из группы средневысотных – моренно-зандровые, моренно-озерные, вторичные водно-ледниковые.
II. Ландшафты экологически благоприятные, но неустойчивые (около 30 %) представлены возвышенными ландшафтами севера и центра Беларуси.
III. Ландшафты экологически неблагоприятные, но устойчивые – низменные ПТК, преимущественно юга республики (остальная пло-щадь).
Источник статьи: http://www.bygeo.ru/materialy/vtoroi_kurs/obshee-landshaftoved-chtenie/1882-funkcionalno-dinamicheskie-aspekty-ucheniya-o-landshafte.html
