11. Влагооборот в геосистемах. Связь энергетических балансов и биологического круговорота веществ с водным балансом.

Влагооборот . важная составная часть механизма взаимодействия между компонентами геосистем и между самими геосистемами, его можно определить как одно из главных функциональных звеньев ландшафта. Посредством потоков влаги происходит основной минеральный обмен между блоками ландшафта. Внешние вещественные связи геосистемы также осуществляются преимущественно через входные и выходные водные потоки. Перемещение влаги сопровождается формированием растворов, коллоидов и взвесей, транспортировкой и аккумуляцией химических элементов; подавляющее большинство геохимических (в том числе биогеохимических) реакций происходит в водной среде.

Ежегодный запас обращающейся в ландшафте влаги составляют атмосферные осадки — жидкие и твердые, а также вода, поступающая в почву за счет конденсации водяного пара. Часть осадков перехватывается поверхностью растительного покрова и, испаряясь с нее, возвращается в атмосферу; в лесу некоторое количество стекает по стволам деревьев и попадает в почву. Влага, непосредственно выпадающая на поверхность почвы, частично уходит за пределы ландшафта с поверхностным стоком и затрачивается на физическое испарение, остальное количество фильтруется в почвогрунты и образует наиболее активную часть внутреннего влагооборота. Относительно небольшая доля расходуется на абиотические процессы в почве, участвует в гидратации(связывание частиц растворимого в воде вещества с молекулами воды) и дегидратации, более или менее значительное количество почвенно-грунтовой влаги выпадает из внутреннего оборота (потери на подземный сток); при иссушении почвы влага поднимается по капиллярам и может пополнить поток испарения. Однако в большинстве ландшафтов почвенные запасы влаги в основном всасываются корнями растений и вовлекаются в продукционный процесс.

Интенсивность влагооборота и его структура (соотношение отдельных составляющих) специфичны для разных ландшафтов и зависят прежде всего от энергообеспеченности и количества осадков, подчиняясь зональным и азональным закономерностям. Величина суммарного (поверхностного и подземного) стока служит показателем выходного потока влаги. Если принять, что в среднегодовом выводе приход влаги извне сбалансирован с ее расходом на сток, то следует считать, что поступление осадков в ландшафт извне количественно равно годовому стоку. Наиболее обильное поступление внешних осадков (и соотв. наиболее интенсивный вынос воды из ландшафта) наблюдается в экваториальных широтах, а также в муссонных тропиках и субтропиках. Наиболее слабые входные и выходные потоки влаги свойственны внутриконтинентальным областям и особенно поясу тропической пассатной циркуляции.

Обобщенным показателем внутриландшафтного влагооборота можно считать суммарное испарение. При наличии достаточного запаса влаги его интенсивность определяется энергоресурсами. Поэтому четко выраженный пик внутреннего оборота влаги также приходится на экваториальную зону, и отсюда происходит закономерный спад к полюсам, но на этом общем фоне резкими «провалами» выглядят аридные зоны и сектора.

Соотношения между внешним и внутренним влагооборотом выражаются коэффициентом стока или дополняющим его до единицы коэффициентом испарения.

Во внутриландшафтном влагообороте основную роль играет биота, особенно лесные сообщества. Кроны деревьев перехватывают до 20% и более годового количества осадков. Основная их часть испаряется, но некоторое количество стекает по стволам деревьев

Однако главное звено биологического влагооборота — транспирация (испарение растением излишков влаги через устьица листьев или стеблей). Основная масса почвенной влаги, потребляемой растениями, транспирируется. В плакорных условиях наибольшее количество влаги перекачивает в атмосферу влажный экваториальный лес, примерно в 2 раза меньше — суббореальный широколиственный лес; в холодном климате транспирация резко снижается, а в экстрааридном она минимальна. Если же учесть возврат осадков, перехватываемых кронами деревьев, то в целом биота обеспечивает не менее 70 — 80% внутреннего оборота влаги между атмосферой и остальными блоками наземных геосистем. Растительность прямо или косвенно способствует уменьшению выходного потока влаги путем сокращения поверхностного стока.

12. Продукция и деструкция органических веществ в геосистемах, общая схема биогеоцикла. Биогеохимический цикл, или «малый биологический круговорот»,— одно из главных звеньев функционирования геосистем. В основе его — продукционный процесс, т. е. образование органического вещества первичными продуцентами — зелеными растениями, которые извлекают двуокись углерода из атмосферы, зольные элементы и азот — с водными растворами из почвы. Около половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества окисляется до С02 при дыхании и возвращается в атмосферу. Оставшаяся (за вычетом затрат на дыхание) фитомасса называется чистой первичной продукцией. Часть ее поступает в трофическую цепочку — потребляется растительноядными животными (фитофагами); следующий трофический уровень представлен плотоядными животными (зоофагами). [Выявление закономерностей биотического круговорота веществ, что биомасса организмов, скорости её построения (продукция) и разрушения (деструкция) могут быть выражены в единицах энергии или иных эквивалентных единицах, отнесённых к конкретному моменту или отрезку времени.] Основная часть фитомассы после отмирания разрушается животными-сапрофагами, бактериями, грибами, актиномицетами. В конечном счете мертвые органические остатки минерализуются микроорганизмами (в меньшей степени путем абиотического окисления). Конечные продукты минерализации возвращаются в атмосферу (С02 и другие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот). Процессы созидания и разрушения биомассы не всегда сбалансированы — часть ее (в среднем менее 1%) может выпадать из круговорота на более или менее длительное время и аккумулироваться в почве (в виде гумуса) и в осадочных породах. Биологический метаболизм характеризуется многочисленными показателями, в том числе относящимися к внутренним обменным процессам в самом. Для географа первостепенный интерес представляют взаимоотношения биоценоза как целого с другими блоками геосистемы, зависимость биогенных потоков и биологической продуктивности от географических факторов, закономерности их проявления на региональном и локальном уровнях, степень замкнутости или открытости биологического круговорота и его роль во внутреннем механизме функционирования ландшафта и его внешних связях. С этой точки зрения, важнейшие показатели биогенного звена функционирования — запасы фитомассы и величина годичной первичной продукции, а также количество опада и аккумулируемого мертвого органического вещества. Значительная часть ежегодной продукции отмирает и разрушается — попадает в деструкционный цикл, меньшая часть закрепляется в приросте. Отмершее органическое вещество, как правило, не полностью минерализуется, аккумулируясь в разном количестве и разных формах в ландшафте. Скорость разрушения органической массы растет с увеличением притока солнечного тепла. При недостатке тепла ежегодный опад не успевает разрушаться и в ландшафте накапливается избыточная мортмасса. Продукционные и деструкционные процессы наиболее сбалансированы в условиях, близких к оптимуму по соотношению тепла и влаги. С увеличением теплообеспеченности основная часть органических остатков переходит в почвенный гумус. Мертвое органическое вещество и запас биомассы в органах растений служат важным резервом питательных веществ, обеспечивающим устойчивость биоты к колебаниям внешней среды и позволяющим поддерживать биологический метаболизм в условиях интенсивного абиогенного выноса элементов зольного и азотного питания. Одним из показателей скорости трансформации органического вещества может служить отношение годичной первичной продукции к запасам мертвых растительных остатков (без почвенного гумуса). С величиной первичной биологической продуктивности непосредственно связана емкость биологического круговорота веществ. Хотя количество вовлекаемого в оборот минерального вещества зависит от биологических особенностей различных видов, размещение этих видов в значительной мере подчинено географическим закономерностям. Что касается элементарного химического состава вещества, участвующего в биологическом метаболизме, то основную его часть составляют важнейшие элементы-биогены, главным образом N, К, Са, Si, затем Р, Mg, S, Fe, А1 и др. Основная часть живого вещества строится из элементов, которые ассимилируются в результате газообмена растений с атмосферой. Важную роль играет углеродный обмен, с которым связаны биогенная трансформация солнечной энергии, баланс С02 в геосистемах и ее дальнейшая миграция, от чего, в частности, зависят характер обменных процессов в поглощающем комплексе почв, химизм вод речного стока и т. д. При недостаточном атмосферном увлажнении и высокой теплообеспеченности перераспределение влаги в ландшафте обусловливает большую контрастность в интенсивности биологического круговорота и продуцировании биомассы по местоположениям.

13. Иерархия природных геосистем и ее отражение в системах физико-географических единиц. 3 главных уровня организации Геосистем: планетарный, региональный и локальный, или топический (местный). Планетарный уровень представлен на Земле в единственном экземпляре географической оболочкой(эпигеосфера). К геосистемам регионального уровня относятся крупные и достаточно сложные по строению структурные подразделения эпигеосферы, физико- географические, или ландшафтные, зоны, секторы, страны, провинции.

Под системами локального уровня подразумеваются относительно простые ПТК, из которых построены региональные геосистемы, так называемые урочища, фации и некоторые другие.

Сложность строения геосистемы находится в прямом соответствии с ее уровнем (рангом), поэтому все признаки и свойства геосистем нуждаются в конкретизации и раздельном рассмотрении применительно к разным ступеням геосистемной иерархии. Они охватывают весь ряд последовательных ступеней от фации как предельной нижней, далее неделимой, или элементарной, географической единицы до эпигеосферы как верхнего предела физико-географического исследования. В этом ряду следует выделить основную, или узловую, ступень: ландшафт. Если весь иерархический ряд геосистем представить в виде лестницы со многими ступеньками, нижняя из которых фация, а верхняя - эпигеосфера, то ландшафт можно сравнить с лестничной площадкой. Региональные и локальные геосистемы изучаются как в индивидуальном, так и в типологическом плане. Уникальность каждой физико-географической страны (Урала, Амазонии, Тибета и т. п.) или зоны (тундровой, лесостепной, экваториальной и др.) крайне ограничивает возможность и значение типизации; подобные объекты приходится изучать в индивидуальном порядке.

В природе существуют лишь конкретные (индивидуальные) геосистемы, а их классификационные объединения, иногда необоснованно называемые «типологическими комплексами» - продукт научного обобщения, в процессе которого исследователь абстрагируется от частных, индивидуальных свойств отдельных объектов и «снимает» только то,что находит у них общегo. Другая иерархия: Субтопический — 10^0-10^2 м2. Топический — 10^2-10^4 м2. Хорический — 10^4-10^8 м2. Региональный — 10^7-10^12 м2. Субглобальный — 10^10-10^14 м2.Глобальный — 10^14-10^16 м2.