5.3.4. Порционность потоков

ПТХС - это открытые нелинейные неравновесные системы, развитие которых зависит от всей окружающей среды. Взаимодействие со средой происходит посредством системообразующих потоков вещества , энергии и информации (водных, минеральных, биоценотических, энергетических и др. потоков). В пространстве, и во времени поступление потоков в ПХТС происходит дискретно (солнечная энергия, внедрение определенных типов воздушных масс, гравитационные смещения и т.д., т.е. с определенным интервалом времени в виде отдельных "порций". Эти "порции" характеризуются изменяющейся во времени массой и частотой поступления в ПХТС. Назовем такое свойство системообразующих потоков порционностью(Позаченюк, 1993, 1985).

Порционность ландшафтообразующих потоков по своему содержанию отличается от понятия "парциальность" (от лат. partialis -часть, частичный, отдельный), которое широко применяется при изучении термодинамики растворов; используются парциально весовые и парциально молярные величины (общий объем раствора, его теплосодержание, внутренняя энергия и т.д.). В ландшафтоведении понятие парциальности использовалось В.Б.Сочавой, В.А.Боковым и другими для показа внутренней структурной особенности отдельных подсистем ландшафта, которые в своем функционировании и развитии представляют собой относительно независимые системы. Из этого следует, что понятие "парциальность" используется в том или ином значении для выявления внутренних закономерностей геосистемы. Понятие же "порционность" (от лат. portio - определенная доля, количество чего-нибудь) является хотя и близким , но не идентичным. Это понятие В.Н.Солнцев (1981) употребил для обозначения отдельных порций радиации, поступающей в ландшафт.

Для системообразующих потоков характерна не только дискретность (порционность), но и континуальность - непрерывность поступления в ПХТС порций вещества и энергии. Соотношение свойств порционности и непрерывности системообразующих потоков изменяется в широких пределах. Порционность по характеру проявления может быть двух типов:прерывистая порционность и порционность интенсивности. Прерывистую порционность имеют такие потоки, в которых поступление вещества или энергии в ПХТС полностью прерывается на тот или иной промежуток времени. Примером могут служить потоки воды в виде осадков (дождь, снег, роса), когда изменяется количество выпадающих осадков за один интервал времени, изменяется длительность интервалов между выпадением осадков, а свойство прерывности остается. Прерывистая порционность ярко проявляется в геологических процессах в виде землетрясений или извержений вулканов; в геоморфологических процессах прерывистый характер имеют оползневые, гравитационно-осыпные и другие процессы. Дискретность подобного рода потоков является преобладающим свойством, континуальность же как бы отступает на второй план и выражена в виде обязательности, неизбежности поступления отдельных порций вещества и энергии в геосистему.

Для непрерывно протекающих процессов характерна порционность интенсивности, когда поступление вещества и энергии происходит во времени постоянно. Тогда свойство континуальности выступает на первый план, а свойство порционности проявляется в виде изменения интенсивности потока.

На флишевых уступах в горном Крыму в холодный период года снос горной породы идет в 16 раз быстрее, чем в теплый, а в экстремальных условиях, когда таяние снега и увлажнение сменяются замерзанием и быстрым высушиванием горных пород, условно-мгновенная скорость сноса увеличивается в десятки и сотни раз. Процесс в этом случае принимает порционный характер.

При порционном поступлении вещества, энергии и информации в геосистему она функционирует непрерывно, т.е. ее жизнедеятельность континуальна, потому что перерыв в жизнедеятельности ведет ее к гибели. Вследствие этого вскрывается диалектическое противоречие между континуальностью функционирования и развития геосистемы и дискретностью поступления потоков вещества, энергии. Это противоречие в разных зонах ландшафтной сферы реализуется по-разному. Сущность данной реализации состоит в том, что геосистема должна приспособиться к порционному поступлению вещества, энергии и информации. Анализ функционирования геосистем, с точки зрения порционного влияния внешней среды через инсоляционные и циркуляционные потоки, показывает, что суточное поступление (суточная порционность) тепла и влаги в геосистему преобразуется в континуальный процесс посредством процессов функционирования и саморегулирования геосистемы.

Учет порционности поступающего вещества или энергии можно осуществлять по двум критериям: по объему поступающих порций и в зависимости от частоты их поступления. Объем поступающих порций, с точки зрения функционирования геосистемы, может быть минимальным, оптимальным и максимальным. Максимальные порции потоков ( небольшое количество осадков, не достигающее корневой системы; небольшое количество солнечной радиации, не способствующее таянию снега и т. д.) оказывают достаточно слабое влияние на интенсивность взаимодействие в геосистеме. В связи с этим необходимо установить минимальные порции различных типов веществ, которые начинают оказывать влияние на геосистему. Необходимо знать также максимальную порцию поступающего вещества и энергии, которая приведет к коренной перестройке структуры геосистемы (ПХТС) или ее гибели. При осуществлении ГЭЭ это определяет параметры устойчивости ПХТС. На максимальные порции, например, поступления осадков необходимо проектировать систему поверхностного водосбора. Геоэкспертный анализ показывает, что даже это очевидное требование осуществляется далеко не всегда.

Целесообразны также знания данных и об оптимальных условиях функционирования ПХТС. На этих критериях (минимальном и оптимальном) в методике ГЭЭ строится изучение воздействия природной подситемы на хозяйственную.

Отсюда вытекает одна из главных и необходимых задач прикладных исследований - это параметризация потоков, поступающих в геосистему, т. е. определение оптимальных, максимальных и минимальных порций вещества и энергии, характеризующих экологические условия жизнедеятельности геосистемы. Использование распространенных в настоящее время осредненных способов измерения поступающих в геосистему потоков веществ и энергии при природопользовании не приводит к требуемым результатам.

Не меньшее значение имеет второй аспект порционности, а именно: установление периодичности поступления определенных порций внешнего вещества и энергии в ландшафт, т. е. частоты. Например, определенная оптимальная частота выпадения осадков нарушается, наступает засушливый период или наводнение. В общем, выявление минимальной, оптимальной и максимальной частот также дает возможность установить экологические параметры функционирования ПХТС.

В основе порционности потоков веществ, энергии и информации, поступающих в геосистему, лежат, с одной стороны, астрономические факторы: вращение Земли вокруг своей оси и Солнца, дискретное поступление лучистой энергии, связанное с функционированием Солнца (интенсивность солнечных пятен), с другой - внутригеосистемые факторы, к которым относятся геоморфологические, геохимические, энергетические барьеры, определяющие накопление вещества и энергии и формирование потоков (классическим примером может служить образование циклонов или оползней).

В зависимости от временного интервала поступления порций вещества и энергии в геосистему можно различать временные типы порционности: мгновенную, часовую, суточную, многодневную, сезонную, многолетнюю и вековую. Мгновенная порционность особенно характерна для геологических тел, способных накапливать большие напряжения, разрядка которых происходит мгновенно в виде землетрясений. Мгновенная разрядка характерна для таких внутригеосистемных процессов, как лавины, сели, оползни и др. Часовая (от одного до нескольких часов) порционность присуща атмосферным и водным потокам. К мгновенным экстремальным порциям вещества и энергии у геосистемы нет механизма приспосабливания. Выживание крупных геосистем связано с тем, что эти мгновенные порционные поступления носят преимущественно локальный характер. Суточная порционность наблюдается в поступлении солнечной энергии в геосистему и связана с вращением Земли вокруг своей оси. Этим обусловлены многие гипергенные, почвенные, физико-химические, биохимические, биоценотические процессы. В зависимости от длины светового дня, в частности, выделяют растения длинного и короткого дня. Многодневная порционность поступления вещества и энергии в геосистему определяется длительностью разных типов погоды и сменой этих типов. Сезонная порционность обусловливает накопление в геосистеме тепла, которое косвенно измеряется суммой положительных температур и суммой накопленной в ней влаги. К сезонной порционности геосистема приспосабливается через смену сезонных состояний и изменение динамики процессов.

В основе многолетней порционности лежат ритмические изменения солнечной активности, скорости вращения Земли вокруг своей оси, проявление инерционности взаимодействующих систем. К многолетней порционности геосистема приспосабливается переходом от одного интервала к другому. Эволюционное развитие геосистем определяется постепенными медленными (континуальными) изменениями потоков. Быстрые, резкие изменения потоков должны вести не к эволюции, а к деградации геосистемы.

УЧЕТ ПОРЦИОННОСТИ ПРИ ГЭЭ. Порционность – важное свойство системообразующих потоков. Недоучет его в природопользовании ведет к ошибкам в проектировании и прогнозировании ПХТС. При осуществлении ГЭЭ учет порционности следует вести в нескольких направлениях. Во-первых, изучение воздействия природной подсистемы необходимо проводить исходя не из классического систематического описания (изучения) компонентов и комплексного воздействия. Это все остается как черновой материал эксперта. Главное же - выявление и акцентирование вниманияна порционных минимальных и максимальных характеристиках воздействия внешней среды на объект экспертизы, определяющих ее устойчивость(подробнее разд. 7.4).Во-вторых, порционность системообразующих потоков необходимо учитывать при определениигеоэкологического состояния ПХТС, обусловленного, в частности, длительностью малоградиентных типов погод (безветренных), ведущих к формированию самых неблагоприятных геоэкологических ситуаций.В-третьих, необходимо согласовывать режим работы предприятия с порционными свойствами системоформирующих потоков, обусловливающих геоэкологические состояния ПХТС и ее окружающей среды, т. е. необходимо ставить вопрос обэкологических режимах работы(подробнее раздел 8.2.1).В четвертых,систему мониторинга необходимо создавать в соответствии с порционным характером состояния среды(подробнее см. разд. 9.2).

На свойство порционности внешней среды во многом опирается принцип ограничения, столь широко распространенный при экспертном виде деятельности.