10 Устойчивость геосистем

10.1 Природная устойчивость геосистем

Как уже отмечалось, компоненты геосистемы связаны между собой обменом вещества и энергии. От одного компонента к другому непрерывно поступают вещество и энергия, которые при этом подвергаются превращениям (трансформации). Лучистая энергия Солнца – основной источник энергии природных процессов в геосистемах – преобразуется компанентами геосистемы в другие виды энергии: тепловую, механическую, биохимическую.

Совокупность процессов обмена и трансформации энергии и вещества в географическом комплексе можно назвать его функционированием (это и есть устойчивый геокомплекс). Основные «функции» устойчивых геосистем: трансформация солнечной энергии, механическое перемещение вещества под действием силы тяжести, циркуляция воздуха, влагооборот и биогенный круговорот веществ.

С функционированием связано понятие о структуре геосистем - это взаимное расположение частей системы и способы их соединения или как пространственно временную организацию систем.

С одной стороны, её необходимо рассматривать как бы по вертикали. Основные структурные части устойчивой геосистемы - компоненты располагаются в виде ярусов: фундамент образует наиболее тяжёлое вещество литосферы, над ним располагаются поверхностные воды и атмосфера; на контактах между этими ярусами образуются наиболее активные «плёнки» системы, насыщенные жизнью. Взаимосвязи между структурными ярусами осуществляются вертикальными потоками вещества и энергии. Под действием силы тяжести атмосферные осадки выпадают на дневную поверхность, просачиваются в почву и грунтовые воды, из атмосферы оседает пыль, органические остатки также опадают на поверхность, вмываются в почву и т.д. Вместе с тем под действием молекулярных и биологических сил водные растворы поднимаются из материнской породы по капиллярам почвы и сосудам растений, образуются восходящие токи воздуха, испаряется вода с поверхности почвы и водоёмов, происходит транспирация.

С другой стороны, наряду с вертикальной структурой, геосистемам присуща и специфическая организованность в горизонтальном направлении - простирания поверхности земного шара. В каждой геосистеме относительно высокого ранга системы более низких рангов выступают как особые структурные части, связанные между собой потоками вещества и энергии. Долины и междуречья, гряды и ложбины, холмы и котловины, образуют сопряжённые территориальные системы. Атмосферные осадки, стекая по склонам холмов, вызывают заболачивание в котловинах. «Попутно» они смывают мелкозём и откладывают его у подножий, растворяют и уносят соли. В котловинах собирается холодный воздух, чаще бываю заморозки и задерживается развитие растений. Таким образом, природа холмов и котловин (урочищ) тесно взаимосвязана, и всю их сопряжённую систему надо рассматривать как единый географический комплекс устойчивый ландшафт, в котором отдельные урочища играют роль подчинённых «горизонтальных» структур.

«Вертикальные» и «горизонтальные» подразделения геосистем образуют пространственную структуру. Однако можно говорить, кроме того, и о временной структуре. Это сезонная динамика во времени – лето с зелёными растениями, зима со снежным покровом. Сезонные аспекты – ранневесенний, поздневесенний, осенний можно рассматривать как своего рода структурную единицу геосистем.

Из всего этого следует, что структура геосистем неразрывно связана с её динамикой. Под динамикой подразумеваются не всякие изменения географического комплекса, а только такие, которые имеют обратный (обычно циклический) характер и не приводят к перестройке его структуры. Говоря словами В.Б. Сочавы (1973), динамические изменения геосистем происходят в пределах одного инварианта, т.е. качественно неизменного состояния. Как не парадоксально это звучит, но динамика геосистем служит выражениям её устойчивости, ибо она свидетельствует о способности её возвращаться к исходному состоянию. Один из самых типичных признаков этой устойчивости (инвариантности) как раз и есть регулярное, из года в год, повторение сезонных аспектов. К динамическим изменениям геосистем относятся и некоторые восстановительные смены, происходящие после тех или иных нарушений, обусловленных вмешательством человека (вырубка леса, распашка, осушение и др.).

В природных геосистемах некоторые процессы всегда остаются саморегулируемыми (климатические, сейсмические) – это сезонная ритмика и цикличность этих процессов. Постоянно действующим стабилизирующим фактором служит зелёный покров с высокой интенсивностью фотосинтеза. Он является регулятором вертикальных (межкомпонентных) связей.

10.2 Стабильность геосистем

Говоря об устойчивости природной составляющей (природных компонентов и комплексов), мы имеем ввиду прежде всего их устойчивость к разного рода антропогенным воздействиям, свойственным тому или иному типу геосистем.

В понятие устойчивости природных комплексов входит как сопротивляемость этим воздействиям, так и способность к восстановлению после прекращения (или в процессе) воздействий, в частности, способность к самоочищению от техногенных веществ. Известно, что разные природные комплексы в зависимости от их естественных свойств по-разному реагируют на одно и то же антропогенное воздействие. Вместе с тем реакция одного и того же природного комплекса на разные воздействия тоже будет не одинаковой. Таким образом, понятие «устойчивость» природного комплекса относительно. Говоря об устойчивости, необходимо чётко указывать, об устойчивости к каким воздействиям идёт речь.

Иногда термин «устойчивость» употребляется в другом значении, а именно как имманентное свойство природного комплекса, обеспечивающее сохранение его структуры и поведения (равновесия и динамики в определённых пределах).

Для избежания терминологической путаницы целесообразно обозначать имманентное свойство природного комплекса (или компонента природы) сохранять свою структуру и поведение в обычных (нормальных) условиях термином «стабильности», а способность противостоять антропогенным воздействиям (или стихийным силам природы) – термином «устойчивость».

Очевидно, что от степени устойчивости природной составляющей во многом будет зависеть и то, какую антропогенную нагрузку сможет выдержать геосистема при том или ином типе воздействия и какими будут предельно допустимые нагрузки, позволяющие этим системам выполнять основные функции.

Одно из наиболее существенных свойств устойчивости природного комплекса к техногенным воздействиям (выбросы, стоки и т.д.) – уровень (степень) его геохимической устойчивости (по М.А. Глазовской, 1977). Геосистемы, относящиеся к одному геохимическому типу, обладают одинаковой ответной реакцией на определённое воздействие. Знание этих реакций даёт возможность обоснованно прогнозировать изменение природы под влиянием техногенеза и выбирать комплекс природоохранных мероприятий для той или иной территории.

Большое значение для решения природоохранных задач приобретает степень устойчивости составляющей агросистем к эрозионным процессам под влиянием распашки. В качестве основных факторов, влияющих на развитие эрозии, С.И. Сильвестров учитывал природные (рельеф + климат) и антропогенные (вид сельскохозяйственного использования) факторы, а также их совокупность.