19. Динамика ландш-х геосистем

Биогеоценоз - эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся, однородная экологическая система, в которой функционально взаимосвязаны живые организмы и окружающая их абиотическая среда. Биогеоценоз характеризуется относительно самостоятельным обменом веществ и особым типом использования потока солнечной энергии. Биогеоценозами являются: луга, леса, поля, водоемы.

Динамика экосистемы - изменение экосистемы под воздействием внешних сил и внутренних противоречий ее развития.

Сукцессия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества, биогеоценоза и т. д.) другим на определённом участке среды.

Состояние при­родной геосистемы — это определенный тип и упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функционирования, ог­раниченные некоторым отрезком времени. Смена одного состоя­ния другим, сопровождающаяся изменением структуры и фун­кционирования геосистемы, называется динамикой геосистем. Динамика геосистем — это пространственно-временные измене­ния их состояния. Правда, некоторые географы относят к дина­мике только обратимые функциональные изменения геосистем (в пределах инварианта), не ведущие к качественному преобразова­нию ландшафта, а необратимые изменения относят к их разви­тию. Однако на уровне видов или типов геосистем существуют инварианты не только функциональные, но и инварианты разви­тия, поэтому будем придерживаться традиционного, устоявшего­ся в разных науках понимания термина «динамика». Динамика — это процесс изменения, развития чего-либо под влиянием вне­шних или внутренних факторов.

При смене погодных условий, времени суток и года, разных по климатическим параметрам лет и многолетних периодов, свя­занных с циклами солнечной активности, геосистемы, изменяя структуру и функционирование (состояния), адаптивно подстра­иваются к ним. Примеры состояний: зимние, летние; влажные, засушливые и т.п.

Так, в ландшафтах средней полосы России в течение года на­блюдаются следующие изменения их состояний.

Зимой нет фотосинтеза, замедляются процессы разложения и минерализации органики, практически отсутствует поверхност­ный сток на междуречьях. В структуре геосистем участвует сезон­ный компонент — снежный покров, формирующий свой геого­ризонт, промерзают почвы, образуется ледяной покров на водо­емах.

В весеннее время процессы снеготаяния сопровождаются сто­ком талых вод, активным плоскостным смывом и линейной эро­зией на склонах, особенно на слабозадернованных участках, по­ловодьями на реках. Ландшафтные катены, объединяющие меж­дуречья, склоны и долины, интенсивно функционируют. С апреля и летом активно идет фотосинтез, биопродуцирование и минера­лизация органических остатков.

От сезона к сезону и в разных погодных условиях природные геосистемы изменяют свои состояния, а именно по-разному фун­кционируют и даже бывают представлены различными варианта­ми их вертикатьной и горизонтальной структуры. Геосистемы из­меняют свои структуры и функционирование и при переходе от одной стадии развития к другой (молодости — зрелости — старе­ния).

Итак, динамика геосистем — это смена их состояний. Различают несколько основных видов естественной ландшаф­тной динамики: динамика функционирования, развития, эво­люции, катастроф (или революций) и восстановительных сук-цессий. Каждый из них характеризуется преобладанием той или иной формы развертывания событий (смен состояний) во вре­мени.

Динамика функционирования — ведущая роль в ней принад­лежит ритмической смене обратимых состояний геосистем, свя­занных с круговоротами вещества и энергии и с ритмами внеш­ней среды (планетарными, солнечными).

изменение химического состава, скорости или положения загрязненной массы воды в водотоке при его перемещении (изменении положения) в пространстве или суточные и сезонные (временные) изменения в нем или в ландшафте. Функциональная динамика ландшафтных геосистем включает в себя:

• процессы обмена веществом и энергией с внешней средой (метаболизм геосистемы), которые можно рассматривать в каче­стве звеньев вещественно-энергетических круговоротов в охваты­вающих геосистемах;

• внутренние круговороты вещества и энергии в геосистеме;

• адаптивные обратимые функциональные изменения состояния геосистемы под влиянием ритмических и случайных изменений внешней среды в пределах определенного ее инварианта. (Инва­риант — это совокупность возможных относительно обратимых состояний геосистемы, в пределах которой ее можно идентифи­цировать самой себе.)

Функциональная динамика характеризуется и проявляется в основном в форме ритмов и циклов. Ритмичность — это законо­мерное чередование явлений через определенный промежуток времени (период) или в пространстве (дыхание, биопродуциро­вание, чередование форм рельефа в пространстве). Цикл (гр. — «круг») — это совокупность взаимосвязанных процессов и яв­лений, означающих завершенность процесса от его начала до конца — законченный круг развития чего-либо (суточный цикл, жизненный цикл или этап, цикл лекций, цикл биопродуцирова­ния). Динамика функционирования — это в основном периоди­чески повторяющиеся в определенной последовательности серии состояний геосистемы (суточных, сезонных, погодных и др.), от­личающихся спецификой структуры и функционирования. Быва­ют ритмы и с большей периодичностью: 11-летней, 30-летней, вековой и т.д. Различают ритмы кратковременные — в пределах суток (стексы), средневременные — в пределах года (погодные, сезонные, подсезонные состояния), долговременные. Ландшафт­ные ритмы с разными периодами накладываются друг на друга. Кратковременные происходят на фоне средневременных, а сред­невременные — на фоне долговременных.

Динамика развития — это циклы и связанные с ними нео­братимые стадии развития отдельной геосистемы на фоне общих трендов их направленных изменений (англ. ггепс! — «общее на­правление», «уклон», «тенденция»), связанных с внешними фак­торами, имеющими большее характерное время.

примерами ее на локальном и региональном уровнях являются:

• зарождение оврага с промоины и развитие до балки с выра­ботанным профилем и пологими заросшими склонами конкрет­ной овражно-балочной системы;

• формирование озерной геосистемы с последующим заполне­нием озерной котловины рыхлыми наносами и органическими остатками растений, самозарастанием водной поверхности и от­миранием озерной геосистемы как таковой;

• эрозионные циклы и ступени рельефа, запечатленные в ярус­ное™ ландшафтной структуры территории и ее нивелировка за счет процессов денудации.

Для динамики развития характерны следующие специфические этапы и соответствующие им состояния: зарождения, молодости, зрелости, старения и полного отмирания.

Совокупность возможных состояний, определяющих динами­ку функционирования и развития геосистем, называется их инва­риантом.

Динамика эволюционная (лат. еуош&а — «развертывание»), или историческое развитие, — проявляется как тренды, связанные с внутренними (спонтанными) постепенными непрерывными и последовательными изменениями геосистем и с длительными направленными изменениями во внешней среде. Эволюционная динамика (историче­ское развитие) ландшафтных геосистем характеризуется посте­пенными, последовательными, непрерывными и направленными необратимыми (коренными) их изменениями (ландшафтными трендами). Общий закон необратимости эволюции был сформу­лирован еще в XIX в. (В.О.Ковальский, Л.Долло). Суть его в том, что в процессе эволюции происходят последовательные трансфор­мации геосистем, которые в интегрированной форме запечатле­ваются в их структуре. Повторить этот процесс в обратной после­довательности (второй закон термодинамики), да еще на фоне постоянно идущих случайных процессов, невозможно. Эволюци­онная динамика обусловлена, во-первых, медленными, но дли­тельными направленными изменениями (трендами) во внешней среде; во-вторых, внутренними спонтанными процессами исто­рического саморазвития геосистем. Эволюционный ландшафтный тренд — это реакция геосисте­мы на длительные направленные изменения внешней среды (кли­матические, неотектонические, гидрогеологические) и спонтан­ное (внутреннее) саморазвитие геосистем (например, постепен­ное превращение пойменной геосистемы в надпойменно-терра­совую, прогрессирующее заболачивание территорий за счет само­разрастания болотных массивов).

Динамика катастроф или революций (лат. геуокшо — «по­ворот») — это прерывистое, скачкообразное качественное пре­вращение одного состояния и самих геосистем в другие (бифурка­ции в развитии). Реализуется в форме быстроразвертывающихся во времени эпизодических катастроф и кризисов, связанных с экстремальными стихийными явлениями, ведущими к коренной смене структур геокомплексов. К ним относятся такие разрушительные процессы, как обва­лы, лавины и сели в горах, ураганы, катастрофические ливни и наводнения, вулканические извержения, пожары, неумеренная хозяйственная деятельность и др.

Динамика восстановительных сукцессии — включает в себя завершение кратковременных деструктивных фаз эпизодических экстремальных природных и антропогенных явлений, ведущих к разрушению части структурных элементов геосистем, и следую­щие за ними тренды длительно производных смен их состояний, направленных на восстановление почвенно-растительного покро­ва и стабилизацию геосистемы в окружающей среде. Динамика саморазви­тия природных геосистем после таких катаклизмов сопровождает­ся следующими стадиями восстановительных сукцессии:

• зарождение геосистемы на новой литогенной основе (напри­мер, осушенное дно озера после прорыва завала, свежая осыпь у подножья склона, отложения селя в долинах горных рек и у под­ножий гор, промоины на склоне и мощные пролювиальные на­носы после экстремальных ливневых осадков и т.п.);

• становление геосистемы, характеризующееся повышенной функциональной и структурной изменчивостью, возникновени­ем растительного и почвенного покрова;

• стадия зрелости (климакс) геосистемы, характеризующаяся ее стабилизацией и соответствием всех элементов ее структуры существующим условиям среды;

• отмирание одной и зарождение на ее месте новой геосистемы (на месте зарастающего озерного геокомплекса возникает низин­ное болото, оно сменяется верховым, а верховое болото может смениться заболоченным лесом).

После эпизодических катастрофических нарушений геосисте­мы проходят серии определенных стадий саморазвития или вос­становительных сукцессии (восстановление древостоя и почв на месте вырубки или пожарищ). Ландшафтная динамика восстановительных сукцессии — это последовательная смена состояний геосистемы, направленная на ее стабилизацию в окружающей среде. Становление геосистемы на новой литогенной основе с уничтоженным растительным покровом называется первичной сукцессией. Вторичная сукцес­сия — это восстановление и деструкция почвенно-растительного покрова в уже существовавшей геосистеме (на месте пожарищ, вырубок).

В зависимости от степени и типа нарушенное™ геосистемы и ее внутренних способностей к самовосстановлению характерные времена периода восстановительных сукцессии (релаксаций) су­щественно различаются. Так, восстановительная сукцессия в сред­ней тайге после сплошных рубок без нарушения почвенного по­крова характеризуется 100 —200-летним периодом релаксации и примерно следующими стадиями: разрозненных травянистых рас­тительных группировок; травяно-кустарниковых сообществ; мел­колиственного травяно-кустарникового молодого леса; мелколи­ственного леса с подростом хвойных пород; хвойного леса с при­месью мелколиственных деревьев; типичного среднетаежного хвой­ного зеленомошно-кустарничкового (климаксового) леса. При фрагментарных нарушениях верхних горизонтов почв восстанови­тельная сукцессия занимает 400 — 800 лет.

По фактору, обусловившему начало восстановительной сук­цессии, различают:

• природно-катастрофические (лесные пожары, ветровалы, ла­вины и др.);

• антропогенные (вырубка, пастбищная дигрессия, пашня).

Кроме того, в настоящее время все большую роль в жизни гео­систем играет антропогенная динамика, которая может прояв­ляться и в особенностях функционирования, и в развитии, и в эволюции, а часто проявляется в форме катастроф или револю­ций и восстановительных сукцессии. Все это идет на фоне случай­ных флуктуации параметров как самих геосистем, связанных с «ошибками» или неточностями их функционирования и разви­тия, так и внешней среды. • вырубка и другие виды механического уничтожения древес-но-кустарниковой растительности, сопровождающиеся сокраще­нием площади и изменениями качества лесов, распахивание сте­пей и лугов;

• ускоренная сельскохозяйственная эрозия и дефляция почв, связанные с механическими повреждениями растительного и по­чвенного покровов, дигрессия пастбищ и развеивание песков, опустынивание, изменения рельефа и ландшафтных геосистем в целом карьерно-отвальными комплексами, деградация и корен­ные преобразования ландшафтов в городах и промышленных зо­нах и др.;

• заболачивание подтопленных водохранилищами побережий и вторичное засоление почв на орошаемых землях в аридных рай­онах;