Теоретические основы изучения динамики геосистем

Объект исследования ландшафтоведения – природные территориальные комплексы – представляют собой целостные пространственно-временные системы со сложным строением. Все ПТК на земной поверхности сформировались в течение длительного промежутка времени, в их свойствах запечатлена история былого развития, а также черты, свидетельствующие о направленности эволюции.

Изучение ПТК во времени является одним из важнейших направлений ландшафтоведения и геоэкологии. Познание временнЫх изменений ПТК стало новым этапом в развитии науки, который появился позже структурно-морфологического направления, то есть изучения пространственной структуры ПТК. Только после разработки теории пространственной структуры ландшафта, установления его морфологических единиц и компонентов, изучения взаимосвязей между ними, разработки методов выявления ПТК различного ранга в природе, стало возможным изучение их в динамике. После появления учения об изменении ПТК во времени, изучения теоретических вопросов изменения природных ПТК во времени, разработки и применения методики изучения процессов изменения ПТК в полевых условиях, стало возможным возникновение направления, изучающего не только природные, но и антропогенные изменения в различных геосистемх и таким образом, учение об изменении ПТК во времени было адаптировано геоэкологической наукой для изучения изменения различных природно-антропогенных геосистем.

Изменение ПТК во времени может быть охарактеризовано несколькими терминами – динамика, развитие, эволюция ПТК. Каждый термин отражает какой-либо определённый аспект временнОго изменения ПТК.

Динамика ПТК – это изменение ПТК, носящее обратимый характер, то есть периодические колебания показателей структуры и состава ПТК вокруг одного какого-то среднего значения (например, колебания состава и характеристик лугового ПТК в различные годы в зависимости от влажности и температуры в каждый конкретный год). Ф. Н. Мильков (1985) под динамикой ландшафта понимает функциональные, пространственные и структурные изменения, происходящие в ПТК.

Развитие ПТК – это более узкое понятие, чем динамика. Развитие – это направленные, закономерные и необратимые изменения в ПТК. Например, процессы зарастания озера или процессы смены геосистем на вырубках от стадии пустоши – к стадии кустарников, мелколиственных и широколиственных лесов относятся именно к динамике, так как они необратимы, направлены (все геосистемы в одинаковых условиях изменяются точно так же) и закономерны. То есть если динамика – это любые изменения в ПТК, то развитие – это не любые, а только направленные, закономерные и необратимые. В экологии аналогом развития ПТК является сукцессия экосистем.

К причинам развития ПТК относят внешние и внутренние. К внешним причинам относят основные источники поступления в ПТК вещества и энергии (энергия Солнца, атмосферная циркуляция, эндогенные потоки, соседние ПТК); при изменении этих источников изменяется и качественные и количественные характеристики потоков от них в данное ПТК вещества и энергии, а следовательно изменяются и характеристики этого ПТК. Внутренние причины обусловлены наличием в ПТК компонентов с разными свойствами, что приводик к возникновению между ними потоков вещества и энергии. При изменении свойств отдельных компонентов изменяются потоки вещества и энергии между ними, что воздействует через систему внутренних связей на все компоненты геосистемы и приводит к изменению всех их, в результате чего сама геосистема также изменяется.

Каждое природное тело возникает, развивается и исчезает, т. е. переходит в другую форму существования. Эти формы существования материи могут быть принципиально иными, например, живые организмы, отмирая, трансформируются в неживую природу. Так и ПТК сменяются другими ПТК, с иными качествами, иной структурой, хоть и наследуют многие черты прежних (например, на месте болота может образоваться новый ПТК – широколичественных лес, в котором может сохраниться кочковатый рельеф).

Изменения в ландшафте происходят на протяжении всей его жизни. На определённом этапе эти изменения накопяться столь существенно, что происходит формировании нового ПТК, смена одного ПТК другим. Таким образом, процесс развития ПТК происходит по схеме – появление нового ПТК – накопление изменений в нём в течение длительного времени – смена этот ПТК новым – накопление изменений – смена ещё более новым. Таким образом, можно говорить о неких временнЫх границах существования ПТК: любые ПТК существует в течении некоторых отрезков времени, между которыми существует «пограничная полоса», как правило, значительно меньшая, во время которой происходит переход от отного ПТК к другому. Здесь можно провести аналогию с пространственном структурой ПТК: любые ПТК существует в течении некоторых отрезков пространства, между которыми существует «пограничная полоса» – экотон, как правило, значительно меньшая, во время которой происходит переход от одного ПТК к другому.

В связи с тем, что различают изменения, не приводящие к сменам одного ландшафта другим и изменения, приводящие к этой смене, В. Б. Сочава ввёл понятие инвариант. Инвариант – это совокупность это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специ­фичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных. Таким образом каждый ПТК обладает инвариантом – совокупность диапазонов различных характеристик, при изменении этих характеристик в пределах этих диапазонов не происходит смена одного ПТК другим. Так например, замена видов, характерных для более засушливых местообитаний на лугу более влаголюбивыми видами во влажный год или некоторое увеличения слоя гумуса не приведёт к смену луга другим ПТК, то есть это изменения в рамках одного инварианта. А если луг станут заселять древесные растений, то такие изменения будут уже выходить за пределы инварианта, что приведёт к смене лугового ПТК лесным.

Для характеристики этих же процессов И.И. Мамай употребляет понятия смена и изменение. По её мнению, сменой морфологической структуры, соотвествующей смене одного ПТК другим следует считать необратимую замену всех составных частей ПТК и свойственных ему процессов принципиально новыми. То есть смена структуры происходит вместе с исчезновением одного и появлением на его месте другого ПТК. В период существования («жизни») одного ПТК следует говорить лишь об изменениях структуры.

В любом ПТК движение одной части материи осуществляется относительно ускоренно, а в другой – замедленно. Первая часть образует природные тела (компоненты морфологические части) ПТК, вторая – участвует в главных для данного момента процессах. Поэтому даже если ПТК находится в пределах одного инварианта, всё равно существуют определённые отрезки времени, на протяжение которых совокупность характеристик ПТК относительно постоянна и отличается от совокупности характеристик в другие моменты (например, днём и ночью у одной и той же фации разные показатели влажности и температуры воздуха и почв). Такие относительно однородные отрезки были названы состояниями ПТК.

Состояние ПТК – это более или менее длительные отрезки его существования, характеризующиеся определёнными свойствами структуры комплекса. Таким образом, структура геосистемы во времени характеризуется определённым набором закономерно чередующихся состояний аналогично структуре ПТК в пространстве, которая характеризуется определённым набором морфологических частей. Состояние – это основное понятие временной структуры ПТК. По длительности относительно однородного периода времени, характеризующего состояния, их можно разделить на:

1) Внутригодовые: внутрисуточные, суточные состояния (обусловленные движением земли вокруг своей оси и продолжающиеся не больше суток), погодные (циркуляционные), внутрисезонные, сезонные (обусловленные движением Земли вокруг Солнца и проводлжающиеся от суток до года).

2) Многолетние состояния (характеризующиеся космическими и тектоническими процессами), они характеризуют длительное развитие ПТК – подфазы и фазы. На отрезке времени от смены до смены природные территориальные комплексы проходят три фазы – фаза зарождения и становления; фаза устойчивого существования; фаза смены ПТК. Каждая фаза может делиться на раннюю, среднюю и позднюю подфазы. Фазы и подфазы описывают процесс развития ПТК от «рождения» до «смерти» и могут продолжаться от нескольких лет до десятков тысяч лет, а в отдельных случаях и дольше.

Все эти виды состояний находятся друг с другой в иерархической связи и представляют собой иерархическую структуру. Как любое ПТК состоит из ПТК более низкого иерархического ранга (кроме фации) и, в свою очередь, является частью ПТК более высокого ранга, так и любой вид состояния ПТК состоит из видов состояний ПТК более низкого иерархического ранга (кроме внутрисуточного состояния) и в свою очередь является частью вида ПТК более высокого ранга.

Дата добавления: 2014-01-07