Основні поняття та положення

Динамічна ландшафтна екологія).

Лекція 6. Тема: Динаміка та еволюція геосистем

1. Основні поняття та положення.

2. Основні закономірності функціональної динаміки.

3. Добова та сезонна динаміка. Багаторічна динаміка.

4. Флуктуації та сукцесії геосистем. Загальні закономірності еволюції геосистем.

5. Динаміка та еволюція ландшафтних територіальних структур.

Динаміка геосистеми - це зміна в часі значень її окремих характеристик, станів, набору та інтенсивності процесів, територіальних структур, яка, на відміну від еволюції, не приводить до безпосереднього формування принципово нової геосистеми.

Характерною особливістю геосистеми є те, що різні її характеристики змінюються з різною швидкістю: вологість і температура поверхневих горизонтів грунту - протягом годин, видовий склад біоценозів - десятків років, морфологія рельєфу - сотень і тисяч років. Для дослідження таких різномасштабних явищ потрібна їх типологія за тривалістю протікання. З цією метою ввели поняття характерного часу – інтервалу, протягом якого певна властивість чи процес геосистеми проявляє свої основні особливості.

Для періодичних процесів характерний час відповідає тривалості періоду (часу одного коливання), для квазіперіодичних (циклічних) - середній тривалості періоду, для неперіодичних (трендових) процесів - часу релаксації, тобто часу, необхідному для того, щоб після збурення геосистеми значення її характеристик повернулись до початкових.

Процеси з близькими значеннями ХЧ можуть впливати один на одного і досліджуватись у рамках єдиної моделі. Процеси ж із суттєво різними значеннями ХЧ в такій залежності не перебувають: характеристики з великими значеннями ХЧ по відношенню до процесів з малими значеннями ХЧ розглядаються як незмінні параметри (фон), а зміни характеристик з малими значеннями ХЧ по відношенню до процесів з великими аналізуються як статистичний шум або взагалі не враховуються.

Тому розроблено концепцію часових масштабів аналізу геосистеми. За величиною ХЧ динамічних процесів геосистеми прийнято розрізняти:

- добову (синонім - високочастотну) динаміку - аналізуються характеристики геосистеми, ХЧ яких менше доби;

- сезонну (синоніми - внутрішньорічну, річну, середньочастотну) динаміку - аналізуються процеси з значеннями ХЧ від однієї доби до року;

- багаторічну (синонім - низькочастотну) динаміку зпроцесами, значеннями ХЧ яких більше року.

В основі кожного з цих масштабних рівнів динамічних змін геосистем лежать власні провідні фактори:

- для добової динаміки - обертання Землі навколо своєї осі,

- сезонної - навколо Сонця,

- багаторічної - комплекс чинників астрономічної природи (цикли сонячної активності), внутрішньопланетарної (тектонічні рухи) та внутрішньогеосистемні.

Стан геосистеми є точка у k-вимірному просторі її змінних (характеристик) і описувати його зручно k значеннями цих змінних. Якщо протягом деякого проміжку часу значення всіх змінних лишаються сталими, стан геосистеми не змінюється. Залежно від ХЧ характеристик, обраних для опису динаміки геосистеми, виділяються її добові, сезонні та багаторічні стани. Динаміка геосистеми визначається в послідовності зміни її станів. Графічно її можна описати фазовою діаграмою (фазовим портретом), на якій точки, що відповідають послідовним станам геосистеми, об’єднуються лініями. Для двомірного простору змінних типові фазові діаграми наведено на рис. 1.

За фазовими діаграмами визначають суттєві риси динаміки геосистеми. Так, траєкторія змін станів, для якої характерна близькість початкового (t_о) та кінцевого (t_n)станів, свідчить про циклічність динамічних змін (рис. 1, а), спіралеподібна траєкторія (рис. 1, б)вказує на процес відновлення геосистеми після її збурення, траєкторія на рис. 1, ввідповідає спрямованому динамічному процесу (тренду), який може призвести до руйнації геосистеми та формування її нового типу (еволюційної зміни).

Рис. 1. Типові фазові портрети геосистем:

a- циклічний процес; б - процес відновлення після збурення; в- тренд, x₁, x₂ — змінні показники геосистеми; t_о - t_n - стани системи на різні моменти часу

Сукупність усіх можливих станів, у яких може знаходитись геосистема, називається її простором станів. Формально вій являє собою множину всіх точок k-вимірного простору змінних геосистеми, в яких вона може знаходитись. Число станів геосистеми в цьому просторі дуже значне, причому відмінності між окремими його точками (станами) можуть бути настільки несуттєвими, що враховувати їх недоцільно, а практично часто і неможливо. Тому при дослідженні динаміки геосистеми простір її станів розділяється на окремі частини — області станів;вважається, що зміни геосистеми в межах однієї такої області несуттєві з точки зору завдань дослідження. Часто в ландшафтознавстві та екології саме такі області станів і називають станами гео- та екосистем.

Залежно від критеріїв, за якими визначається суттєвість - несуттєвість відмінностей між окремими станами геосистеми, їх простір на окремі області можна поділити по-різному. Відповідно, виділяються й різні типи станів геосистеми.

Ú за відповідністю станів геосистеми її природній нормі можна розрізняти нормальні, критичні, анормальні області станів

Ú за можливістю виконання геосистемою певної соціально-економічної функції - допустимі, гранично-допустимі, недопустимі;

Ú за стійкістю - стійкі та нестійкі.

Аспект аналізу динаміки геосистеми як послідовності змін їх станів або областей станів називається етологією геосистеми, абоїї етологічною динамікою, а сукупність усіх процесів обміну та трансформації речовини та енергії в геосистемі — її функціонуванням, або функціональною динамікою. Важливим аспектом динамічної ландшафтної екології є аналіз часових змін ЛТС, які можна назвати хорологічною динамікою. Аналіз кожного з цих видів динаміки геосистем пов'язаний з виділенням специфічних типів її часових структур:

- етологічних, елементами яких є окремі стани або області станів, а відношення - переходи між ними (відповідно з величинами ХЧ, якими характеризуються стани геосистеми, розрізняються добові, сезонні та багаторічні етологічні структури);

- функціональних, елементами яких є елементарні процеси, взаємодія між якими визначає певний інтегральний процес (наприклад, продуційний, який складається з таких елементарних процесів, як поглинання рослинами з атмосфери СО₂, транспортування мінеральних речовин рослиною, стадії розкладу біомаси та синтезу гумусових речовин тощо).

Аналіз хорологічної динаміки пов'язаний з виявленням складних просторово-часових структур, елементами яких є ареали геосистем, відношення - зміни їх метричних, топологічних, якісних характеристик у часі.

Сукупність деяких властивостей геосистеми, в разі зміни яких відбувається кардинальна трансформація її структури є поняття інваріанту. За інваріантом можна відрізнити динамічні зміни геосистеми від еволюційних: усі зміни, при яких зберігаються інваріантні властивості геосистеми, відносяться до динаміки, а еволюція - це послідовна зміна інваріантних структур.

Критерієм інваріанту є збереження геосистемою ознак, які прийняти за діагностичні при визначенні її типу, Так, інваріантом геосистем карстових улоговин є замкнена від'ємна форма рельєфу. Усі зміни геосистем, що не призводять до втрати цієї форми, відносяться до динамічних, а перехід карстової улоговини внаслідок замулення в озеро або степову западину свідчить про еволюцію (зміну одного типу геосистеми іншим). Таким чином, під еволюцією геосистеми вважають заміщення геосистеми одного типу геосистемою іншого типу, а динамікою — зміни геосистеми в рамках одного типу.

Дата добавления: 2013-12-13