Иерархия геосистем и морфологическая структура ландшафта.

 

ТЕМА: ПРИРОДНЫЕ ЛАНДШАФТЫ

 

Природные компоненты ландшафта.

Ландшафт состоит из компонентов, каждый из которых является "представителем" отдельных частных геосфер, входящих к географическую оболочку.

Основная часть современных ландшафтов Земли состоит из сочетания абиотических и биотических компонентов.

Термином "компонент" обозначают некую составляющую системного целого. 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-минеральная) подсистема.

 

Абиотические компоненты в известном смысле выступают как первичные по отношению к биоте. Это не только потому, что они возникли раньше в ходе эволюции Земли, но и вследствие того, что они составляют первичный материальный субстрат геосистемы, за счет которого организмы создают живое вещество, кроме того, теоретически можно представить себе геосистемы, построенные только из абиотических компонентов (ледниковые). Без жизни и почвы такие ландшафты можно рассматривать как неполноразвитые или как протоландшафты. Однако после возникновения жизни как высшей формы организации вещества географической оболочки состав и строение всех абиотических сфер претерпел существенную трансформацию, живое вещество стало важным ландшафтообразующим фактором, биологический круговорот привел к коренному преобразованию атмосферы, гидросферы и литосферы. Согласно В.И. Вернадскому кислород, азот и углекислый газ, основные составляющие той части атмосферы, которая входит в географическую оболочку, имеют биогенное происхождение. Вся толща осадочных пород образовалась при участии организмов, они же играют важнейшую роль при формировании газового и ионного состава природных вод, формируют почвы.

 В современных ландшафтах биота служит наиболее активным компонентом, вещество литосферы, наоборот, отличается наибольшей косностью, и только благодаря постоянной циркуляции воды, проникновению кислорода, углекислоты и воздействию организмов это вещество вовлекается в круговорот. Абиотическими компонентами ландшафта являются геологический фундамент и рельеф.

Однородный геологический фундамент. Основными показателями твердого фундамента служат петрографический состав поверхностных горных пород, условия их залегания, режим новейших и современных тектонических движений. Характеристике литогенной основы ландшафта наиболее отвечает понятие о геологической формации как совокупности горных пород, близких по генезису, вещественному составу (например, флишевая формация, состоящая из чередующихся слоев песчаников, глин, мергелей; галогенная формация, красноцветная и т.д.). Это соответствие полностью реализовываетсяо на равнинах, где геологическая колонка дочетвертичных отложений завершается породами одной формации. В горах, где на поверхность выходит складчатое основание, фундамент одного ландшафта может быть образован комплексом пород, разных по возрасту и составу, но связанных с самостоятельным структурным элементом земной коры (синклинальной или антиклинальной структурой, чередованием мелких складок, интрузией или эффузивным покровом).

Рельеф земной поверхности. Ландшафт приурочен к самостоятельной морфоструктуре и характеризуется сочетанием различных морфоскульптур - т.е. ему соответствует определенный геоморфологический комплекс, который связан с однородным геологическим фундаментом и однотипным характером экзогенных геоморфологических процессов.

Климат. Ландшафтные границы в тропосфере отличаются крайней изменчивостью и неопределенностью. Обычно компонентом ландшафта называют определенную совокупность свойств и процессов атмосферы -т.е. климат. В климатологии принято подразделять проявления климатических процессов по территориальному масштабу следующим образом: макроклимат, собственно климат, местный климат (мезоклимат) и микроклимат. Рангу ландшафта в такой классификации соответствует собственно климат. Климат урочища, представляющий собой локальную вариацию климата ландшафта определяется как местный климат, климат фации как микроклимат. Под макроклиматом подразумевают всю совокупность климатических черт данной географической области или зоны, т.е. высших региональных комплексов.

Полное представление о климате ландшафта складывается из двух составляющих:

1) фонового климата (макроклимата), отражающего общие региональные черты климата, определяемые положением ландшафта в системе региональной дифференциации, т.е. определяемые величиной получаемой инсоляции, атмосферной циркуляцией, гипсометрическим и барьерным положением.

2) совокупности локальных (мезо и микро) климатов, присущих различным фациям и урочищам, хотя климат ландшафта ни в коей мере не сводится к простой сумме локальных климатов.

Все климатические показатели в пределах отдельного ландшафта испытывают небольшие колебания и поэтому требуют интервала значений. Но допустимых пределов колебаний климатических характеристик для ландшафта не установлено, они в общем виде установлены для зон и по этой причине климатические показатели не используются при определении границ ландшафтов.

Гидросфера. Гидросфера представлена в ландшафте разноообразными формами воды, находящейся в непрерывном круговороте. Вода в ландшафте может находится в газообразной, жидкой и твердой форме; иметь разную концентрацию солей (пресные, соленые, рассольные воды) разного химического состава (гидрокарбонатные, сульфатные хлоридные) и образовывать характера озера, реки, болота. 

В каждом ландшафте наблюдается свой набор водных скоплений и все их свойства - режим, интенсивность круговорота, минерализация, химический состав - зависят от соотношения зональных и азональных условий и от внутреннего состояния самого ландшафта.

Органический мир представлен в ландшафте комплексом биоценозов, В отличие от фации, ландшафт невозможно охарактеризовать одним растительным сообществом или типом сообществ - ассоциацией, формацией. В одном и том же ландшафте встречаются сообщества, относящиеся к разным типам растительности. Например, в каждом ландшафте таежной зоны существует растительность лесного, болотного, лугового, а иногда тундрового и других типов.

Одна и та же растительная формация или ассоциация может встречаться в разных ландшафтах. Следовательно, каждый ландшафт может быть охарактеризован лишь закономерным сочетанием различных растительных сообществ, образующих в его пределах характерные топо-экологические ряды, свзанные со сменой местообитаний по урочищам и фациям. Эти же топо-экологические ряды, отражающие упорядоченность размещения сообществ в конкретных ландшафтных условиях, кладутся геоботаниками в основу выделения геоботанических районов. Практически из этого следует, что ландшафту территориально соответствует самостоятельный геоботанический район.

Вопрос о животном мире как компоненте ландшафта разработан еще недостаточно. Некоторые виды животных более жестко приурочены к определенным местообитаниям и соответствующим фациям, другие мигрирует, но пределы миграции большей частью определяются ландшафтными рубежами.

Между почвами и ландшафтом существуют такие же соотношения как между ландшафтом и биоценозом. В ландшафте присутствуют почвы различных типов и они образуют более или менее сложные территориальные комбинации, подчинённые морфологическому строению ландшафта. Всякий ландшафт охватывает закономерное территориальное сочетание различных почвенных типов, видов и разновидностей, которое соответствует одному почвенному району.

Факторы ландшафта. Под фактором подразумевают процессы и явления внешние по отношению к ландшафту, но определяющие характерные черты или отдельные свойства процесса, протекающего в ландшафте. Факторами могут быть, например, неравномерный поток солнечной радиации, вращение Земли, тектонические движения, общая циркуляция атмосферы. Через климат и фундамент воздействия этих факторов передаются другим компонентам, но сам климат и твердый фундамент являются продуктом сложного взаимодействия внешних процессов (факторов) и компонентов геосистемы.

 

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.

Об информации следует сказать особо. Информация – одно из важнейших понятий кибернетики. Различают информацию структурную и трансляционную (передаваемую). Структурная информация свойственна данному объекту и характеризует его струк­турное устройство; она представляет собой меру упорядоченного разнообразия системы, меру сложности ее организации. Структурную информацию природных компонентов можно видеть:

а) в закономерном сочетании форм рельефа (балочно-увалистого, холмисто-котловинного, ложбинно-гривистого);

б) в чередовании напластований горных пород, слагающих местность (глинистых сланцев, известковистых песчаников, мер­гелей, свойственных флишевым толщам);

в) в мозаичной пятнистости (комплексности) почвенного и растительного покрова (очень характерной, например, для полупу­стынной зоны).

Смены сезонов, подсезонов и погод в течение климатического года тоже могут рассматриваться как структурная информация о состоянии воздушных масс того или иного района. В этом случае следует говорить не о пространственной, а о временной структурной информации. Трансляционной называется информация, передаваемая от одного объекта к другому.

Вещественные, энергетические, информационные 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.

Межкомпонентные связи

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 10³² ккал. 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.