1. 81 Развитие геосистем. Эволюция и динамика геосистем

Географическая система (геосистема) (др.-греч. γε, - Земля и др.-греч. σύστημα, - целое, составленное из частей) — фундаментальная категория географии игеоэкологии, обозначающая совокупность компонентов географической оболочки, объединённых потоками энергии и вещества. В целом, это понятие очень близко к понятию экосистемы или геобиоценоза.

Понятие «геосистема» в советскую науку ввёл академик Сочава. Поскольку практически все географические науки в той или иной степени занимаются вопросами взаимодействия компонентов природной среды, существует довольно много понятий, близких к понятию геосистемы. Геосистема — относительно целостное территориальное образование, формирующееся в тесной взаимосвязи и взаимодействии природы, населения и хозяйства, целостность которого определяется прямыми, обратными и преобразованными связями, развивающимися между подсистемами геосистемы^[1]. Каждая система обладает определенной структурой, которая формируется из элементов, отношений между ними и их связей с внешней средой. Элемент — это основная единица системы, выполняющая определенную функцию. В зависимости от масштаба («уровня разрешения»), элемент на определенном уровне представляет собой неделимую единицу. При увеличении уровня разрешения исходный элемент утрачивает свою автономность и становится источником элементов новой системы (подсистемы). Такой подход наиболее важен в географии, оперирующей территориальными системами разных масштабов.

Геосистема — функциональная единица геоэкосистемы, включающая в себя атмосферу, литосферу, гидросферу и педосферу

Все геосистемы подвержены постоянным изменениям. Изменения могут быть циклическими, такими как смена времён года. Тем не менее, в каждой геосистеме можно выделить неизменяемую часть — инвариант. Инвариант геосистемы имеет большое значение в геоэкологии, так как позволяет идентифицировать геосистему вне зависимости от её динамического состояния. Динамика геосистем (в ландшафтных геосистемах) — изменения циклического характера под воздействием сил извне и внутренних противоречий её развития, имеющие обратимый характер и не приводящие к перестройке структуры геосистемы.

Динамика развития геосистем проявляется в форме ландшафтных трендов (ландшафтный тренд – это направленное изменение природной геосистемы, прослеживаемое на фоне колебательных ритмике. Тренд- это общее направление, уклон, тенденция) и «жизненных» циклов, характеризующихся направленными необратимыми изменениями структуры и состояний геосистем от их зарождения до отмирания. Она определяется неполной замкнутостью круговоротов, генетической предопределенностью и типом геосистемы. Примерами динамики развития являются: а) зарождение оврага с промоины и развитие до балки с выработанным профилем и пологими заросшими склонами конкретной овражно-балочной системы; б) формирование озерной геосистемы с последующим заполнением озерной котловины рыхлыми наносами и органическими остатками растений, саморазвитием водной поверхности и отмирании озерной геосистемы, как таковой; в) эрозионные циклы и ступени рельефа, запечатленные в ярусности 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. По сути она определяется полным жизненным циклом геосистемы конкретного вида и типа. Динамика развития геосистем подчиняется определенным закономерностям, которые можно выявить с использованием методов ландшафтных аналогий и актуализма на местности, поэтому она относительно легко прогнозируется. Знание времени полного жизненного цикла ландшафтных геосистем (характерного времени), их отдельных элементов и этапов развития позволяет определить возраст геосистемы и прогнозировать опасные процессы, сопровождающие те или иные стадии развития. Природные тренды, определяющие динамику развития, могут быть обусловлены как постепенными направленными процессами внутреннего саморазвития геосистем, связанного с незамкнутостью внутренних круговоротов в относительно устойчивых условиях внешней среды, так и медленными направленными изменениями факторов внешней среды.

Таким образом, современной динамике функционирования и развития свойственны как динамическая обратимость состояний геосистем определенного вида, так и направленное необратимое изменение структуры и функционирования конкретной геосистемы (индивида). Эти изменения идут на фоне случайных флуктуаций во внешней среде и осложняющих их флуктуацией внутренней среды.

82 Возраст геосистемы

возраст геосистемы – это

продолжительность ее существования в эволюционном ряду в качестве

определенного структурно-динамического типа. Как правило, чем выше рангом

подразделение природной среды, тем больше его возраст. При этом возраст

отдельных подразделений одного и того же ранга (например геомов) может

существенно различаться.

Очень часто о древности той или иной геосистемы судят на основе

возраста одного из рельефа. Однако, знание возраста одного компонента

бывает недостаточно. Надо различать возраст геосистемы и таковой отдельных

ее составляющих. Возраст геосистемы определяется тем сроком, в течении

которого взаимоотношение между ее компонентами продолжают более или менее

подобными. Отдельные компоненты при этом могут быть старше. Установление

возраста геосистем требует анализа связей между компонентами геосистем во

временном разрезе , то есть необходимо составить представление об эволюции

системных связей в том или ином интервале геологического летоисчисления.

Однако это дело будущего, которое последует за изучением современных

геосистем, их инвариантов и переменных состояний , а также за внедрением

методов системного анализа в полеогеографию .

83 Саморегулирование геосистем

лагодаря саморегулированию географическая оболочка сохраняет свою устойчивость и многие параметры геосистем находятся в состоянии динамического равновесия несмотря на резкие колебания внешних факторов. Примером саморегулирования может служить солевой состав Мирового океана: несмотря на различия в количестве атмосферных осадков, испарении и речном стоке, соотношение ионов солей в океанической воде остается почти постоянным (В.И.Вернадский даже предлагал принять это соотношение за константу нашей планеты). Другой пример - регулирование содержания диоксида углерода в географической оболочке на основе карбонатной системы Мирового океана.

Основная причина постоянства - всеобщая взаимосвязанность концентраций веществ. В соответствие с принципом Ле-Шателье - Брауна, нельзя изменить концентрацию одного компонента замкнутой термодинамической системы без изменения содержания остальных компонентов: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе усиливается то направление процесса, течение которого ослабляет данное воздействие, и положение равновесия смещается в том же направлении. Это обстоятельство защищает систему от внешних возмущений. Другое дело определить, когда такое равновесие наступит. Надежность системы возрастает с увеличением ее сложности. В определенной мере этот принцип применим к открытой термодинамической системе, каковой является географическая оболочка. В большинстве незамкнутых геосистем действие этого принципа ограничено, так как всегда есть возможность стороннего поступления анализируемого компонента. Вопрос правомочности применения принципа Ле-Шателье - Брауна в географических системах чрезвычайно важен, так как на его основе оценивается состояние биосферы и возможности жизнедеятельности организмов.

Во многих случаях динамическое равновесие принимает форму автоколебаний (колебание величины относительно некоторого среднего ее значения). Таковы суточные и годовые колебания большинства физико-географических параметров. Например, автоколебательный характер имеют процессы природной системы солнечная радиация-испарение - облачность.За счет солнечной радиации земная поверхность нагревается, что приводит к росту испарения. Поступившая в атмосферу влага конденсируется и образуются облака, которые частично задерживают приходящую коротковолновую солнечную радиацию. Уменьшение ее прихода на земную поверхность понижает температуру поверхности, вследствие чего снижается испарение. Соответственно, изменяется интенсивность и других процессов: уменьшается поступление влаги в атмосферу, рассеиваются облака, вновь увеличивается приход солнечной радиации и начинается новый цикл. Таким образом, четыре взаимосвязанных процесса контролируют друг друга, не давая возможности каждому выйти за определенные границы. У стрелки, идущей от облачности к солнечной радиации, стоит знак «-» (минус), который означает, что влияние облачности на солнечную радиацию отрицательно (при ее увеличении поступление коротковолновой солнечной радиации уменьшается, и наоборот). Этот триггер исполняет роль регулятора с отрицательной обратной связью, стабилизируя систему.

В системе положительной обратной связи все взаимодействующие факторы усиливают друг друга, поэтому она саморазвивается. По такой схеме развиваются тропические циклоны (выделяющаяся при конденсации влаги энергия способствует подъему масс воздуха на большую высоту, а, следовательно, и более интенсивной конденсации).